Чем занимается теоретическая информатика

Теоретическая информатика

Теоретическая информатика — это научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы, в которой осуществляется изобретение и создание новых средств работы с информацией. Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика (в тесном взаимодействии с философией и кибернетикой) занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).

Смотреть что такое «Теоретическая информатика» в других словарях:

Информатика — (ср. нем. Informatik, англ. Information technology, фр. Informatique, англ. computer science компьютерная наука в США, англ. computing science вычислительная наука в Великобритании) наука о способах… … Википедия

Институт автоматики и вычислительной техники МЭИ — Институт автоматики и вычислительной техники Московского энергетического института (технического университета) … Википедия

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана — Сюда перенаправляется запрос «Московское техническое училище». На эту тему нужна отдельная статья … Википедия

ИМТУ — Координаты … Википедия

МВТУ — Координаты … Википедия

МВТУ им. Баумана — Координаты … Википедия

МВТУ им. Н.Э. Баумана — Координаты … Википедия

МВТУ им. Н. Э. Баумана — Координаты … Википедия

МВТУ имени Баумана — Координаты … Википедия

МВТУ имени Н. Э. Баумана — Координаты … Википедия

Источник

Теоретическая информатика

Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика (в тесном взаимодействии с философией и кибернетикой) занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).

Не просто точно описать рамки данной теории. ACM SIGACT (англ. Association for Computing Machinery Special Interest Group on Algorithms and Computation Theory), подгруппа ACM, описывает науку, как поддержку теоретической информатики и отмечает:

Область теоретической информатики толкуется широко и включает в себя алгоритмы, структуры данных, теорию сложности вычислений, распределенные вычисления, параллельные вычисления, СБИС (сверхбольшая интегральная схема), машинное обучение, вычислительную биологию, вычислительную геометрию, теории информации, криптографию, квантовый компьютинг, теорию чисел, алгебру и теорию вычисления (символьные вычисления), семантику и верификацию языков программирования, теорию автоматов, а также теории случайных процессов. Работа в этой области часто отличается акцентом на математической технике и строгости.

К этому списку научный журнал «ACM Transactions on Computation Theory» (TOCT) также добавляет теорию кодирования, теорию вычислительного обучения и аспекты теоретической информатики в таких областях, как базы данных, информационный поиск, экономические модели и сети. Несмотря на такую широкую сферу деятельности, теоретики информатики отличают себя от практиков. Некоторые характеризуют себя как тех, кто делает «более фундаментальный научный труд, что лежит в основе области вычислительной техники». Другие же «теоретики-практики» настаивают, что невозможно отделить теории от практики. Это означает, что теоретики регулярно используют экспериментальную науку, которая выполняется в менее теоретических областях, таких как исследование систем программного обеспечения.

Связанные понятия

Теория комбинаторных схем — это часть комбинаторики (раздела математики), рассматривающая существование, построение и свойства семейств конечных множеств, структура которых удовлетворяет обобщённым концепциям равновесия и/или симметрии. Эти концепции не определены точно, так что объекты широкого диапазона могут пониматься как комбинаторные схемы. Так, в одном случае комбинаторные схемы могут представлять собой пересечения множеств чисел, как в блок-схемах, а в другом случае могут отражать расположение.

Источник

Теоретическая информатика.

Теоретическая информатика — математи­ческая дисциплина использующая методы мате­матики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации.

Сама теоретическая информатика распадается на ряд самостоятельных дисциплин. По степени близости решаемых задач их можно условно разде­лить на пять классов.

A.К первому классу относятся дисциплины, опирающиеся на математическую логику. В них разрабатываются методы, позволяющие использо­вать достижения логики для анализа процессов пе­реработки информации с помощью компьютеров (теория алгоритмов, теория параллельных вычис­лений), а также методы, с помощью которых можно на основе моделей логического типа изучать про­цессы, протекающие в самом компьютере во время вычислений (теория автоматов, теория сетей Петри).

B.Это вычислительная математика и вычислительная геометрия. Слово «вычислительная» подчеркивает, что эти науки на­правлены на создание методов, ориентированных на реализацию в компьютерах.

C.Специально изучением информации как та­ковой (т. е. в виде абстрактного объекта, лишенного конкретного содержания), выявлением общих свойств информации, законов, управляющих ее рождением, развитием и уничтожением, занимает­ся теория информации. К этой науке близко при­мыкает теория кодирования, в задачу которой входит изучение тех форм, в которые может быть «отлито» содержание любой конкретной информа­ционной единицы (передаваемого сообщения, гра­нулы знаний и т. п.). В теории информации имеется раздел, специально занимающийся теоретическими вопросами передачи информации по различным ка­налам связи.

D.Переход от реальных объектов к моделям, которые можно использовать для изучения и реа­лизации в компьютерах, требует развития особых приемов. Их изучением занимается системный анализ — наука, возникшая чуть более трех десяти­летий назад. Системный анализ изучает структуру реальных объектов и дает способы их формализованного описания. Частью системного анализа является общая теория систем, изучающая самые разнообразные по характеру системы с единых по­зиций. Системный анализ занимает пограничное положение между теоретической информатикой и кибернетикой. Такое же пограничное положение занимают еще две дисциплины. Имитационное моделирова­ние — одна из них. В этой науке создаются и ис­пользуются специальные приемы воспроизведения процессов, протекающих в реальных объектах, в тех моделях этих объектов, которые реализуются в вычислительных машинах. Вторая наука — теория массового обслуживания изучает специальный, но весьма широкий класс моделей передачи и перера­ботки информации, так называемые системы мас­сового обслуживания.

E.Последний класс дисциплин, входящих в теоретическую информатику, ориентирован на ис­пользование информации для принятия решений в самых различных ситуациях, встречающихся в ок­ружающем нас мире. Сюда, прежде всего, входит теория принятия решений, изучающая общие схе­мы, используемые людьми при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможно­стей. Такой выбор часто происходит в условиях кон­фликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр. Всегда хочется среди всех возможных решений выбрать наилучшее или близкое к такому. Про­блемы, возникающие при решении этой задачи, изучаются в дисциплине, получившей название математическое программирование (не путать с программированием для компьютеров, слово «про­граммирование» здесь употребляется в ином смыс­ле). При организации поведения, ведущего к нужной цели, принимать решения приходится мно­гократно. Поэтому выбор отдельных решений дол­жен подчиняться единому плану. Изучением способов построения таких планов и их исполь­зованием для достижения поставленных целей за­нимается еще одна научная дисциплина — исследование операций. В этой же науке изучаются и способы организации различного рода процессов, ведущих к получению нужных результатов. Если решения принимаются не единолично, а в коллективе, то возникает немало специфических ситуаций: образование партий, коалиций, появле­ние соглашений и компромиссов. Эти проблемы частично изучаются в уже упомянутой теории игр, но в последнее время активно развивается новая дисциплина — теория коллективного поведения, для которой задачи коллективного принятия реше­ний — предмет специального изучения.

Кибернетика.

Кибернетика может рассматриваться как при­кладная информатика в области создания и исполь­зования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления отдельным объектом (станком, про­мышленной установкой, автомобилем и т. п.) до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, систе­мами связи и даже сообществами людей.

Кибернетика возникла в конце 40-х гг., когда Н. Винер впервые выдвинул идею о том, что системы управления в живых, не­живых и искусственных системах обладают многи­ми общими чертами. Установление аналогий обещало создание «общей теории управления«, ре­зультаты которой могли бы использоваться в самых разнообразных системах.

Эта идея получила подкрепление, когда появи­лись компьютеры, способные единообразно решать самые разные задачи. Универсальность компьютер­ных вычислений наталкивала на справедливость ги­потезы о существовании универсальных схем управления.

Эта гипотеза не выдержала проверку вре­менем, но накопленные в кибернетике сведения о самых разных системах управления, общие прин­ципы, которые частично все-таки удалось обнару­жить, замена узкопрофессиональной точки зрения специалиста в данной области на взгляд с позиции общности внешне разнородных объектов и систем принесли большую пользу. Перенос идей и моделей из одних областей в другие, общение между собой специалистов разного профиля на некотором еди­ном языке кибернетики сделали свое дело. Появи­лись кибернетические по своему духу модели в науках, доселе не знавших точных методов и рас­четов. Кибернетика сыграла большую роль в воз­никновении структурной лингвистики, в недрах которой активно развиваются математическая лингвистика и прикладная лингвистика. Возникли научные направления, получившие характерные названия: химическая кибернетика, юридическая кибернетика, техническая кибернетика и т. п. Все эти «кибернетики» изучают использование инфор­мации при управлении в том классе систем, кото­рый изучает соответствующая наука. А общая методология и ряд общих положений помогают по­лучать в этом направлении теоретически и практи­чески значимые результаты.

Наиболее активно развивается техническая ки­бернетика. В ее состав входит теория автоматиче­ского управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них не­возможны были бы достижения в области приборо­строения, станкостроения, атомной энергетики да, пожалуй, всех тех систем управления промышлен­ными процессами и научными исследованиями, которые составляют значительную часть среды оби­тания человека. С теорией автоматического управ­ления связана техническая диагностика, в задачи которой входит контроль за функционированием систем и поиск повреждений в них.

Заметное место в кибернетике занимает рас­познавание образов. Основная задача этой дисцип­лины — поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать много­численные явления реальности, соотносить их с не­которыми эталонными классами. Распознавание образов — это пограничная наука между киберне­тикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется пу­тем обучения, а обучение, конечно, интеллектуаль­ная процедура. В кибернетике выделяется даже специальная область исследований, получившая название обучение на примерах.

Еще одно научное направление тесно связы­вает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют ученых. Насколько принципы работы жи­вых систем могут быть использованы в искусст­венных объектах? Что можно заимствовать у талантливого конструктора живых систем — При­роды? Ответы на эти вопросы ищет бионика — по­граничная наука между кибернетикой и биологией. Нейрокибернетика, как показывает ее название, пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Кибернетика, как уже говорилось, больше все­го интересуется общими принципами управления в объектах различной природы. Поэтому ее весьма интересуют равновесные состояния в таких систе­мах и способы их достижения. Равновесие тесно связано с идеей устойчивости, а именно устойчи­вость и способность сохранять длительное время свою форму, структуру и жизнедеятельность — ха­рактерное свойство не только живых, но и целесо­образных искусственных систем. Упоминавшаяся уже теория автоматического управления в своей значительной части есть наука о достижении устой­чивых состояний и способах их сохранения.Особенно сложен случай, когда равновесие до­стигается путем взаимодействия многих систем, со­перничающих и даже конфликтующих между со­бой. Модели такого типа рассматриваются в теории игр или в системах взаимодействующих устройств различного типа (Коллективное поведение ав­томатов). Общие модели такого типа рассматри­ваются в гомеостатике — недавно возникшей и еще находящейся в стадии оформления науке.

Программирование.

Это научное направ­ление своим появлением полностью обязано вы­числительным машинам. Именно с ними связано программирование. (Правда этот термин встре­чается и в другом смысле, когда говорится о математическом программировании, линейном программировании и т.п., т.е. о программирова­нии как специальной вычислительной процедуре. Встречаются и иные случаи использования термина «программирование». Например, одно время весь­ма популярным методом обучения было програм­мированное обучение.).

В начальный период своего развития програм­мирование не имело под собой прочной теоретиче­ской базы и напоминало труд ремесленников высшей квалификации, когда качество работы определяется не знаниями, а профессиональным умением. Но с накоплением опыта программи­рования нащупывались общие идеи и положения, лежащие в основе построения программ для компь­ютеров и в самих процедурах программирования. Это повлекло за собой постепенное создание теоретического программирования, в котором сейчас можно выделить несколько направлений.

Одно из них связано с созданием разнообраз­ных языков программирования, предназначенных для облегчения взаимодействия человека с вычис­лительной машиной и информационными систе­мами. Кроме разработки языка, на котором пользователь записывает программы, необходимы еще специальные средства, обеспечивающие ав­томатический перевод записи программы на неко­тором языке программирования в форму, воспринимаемую устройствами компьютера. Этот перевод осуществляется специальными программ­ными системами — трансляторами, разработка которых, как и создание языков программирования и решение еще целого ряда задач, связанных с обес­печением взаимодействия пользователя и машины, есть поле деятельности системных программистов. (Системное программирование — особая отрасль, в которой трудятся профессионалы высокого уров­ня, создающие программный продукт, тиражиру­емый вместе с математическим обеспечением).

Другая область деятельности системных про­граммистов — создание операционных систем, без которых не может функционировать никакая вы­числительная машина. Программисты такого про­филя работают, как правило, на тех фирмах и в тех организациях, где производятся или разрабатыва­ются компьютеры.

Тенденцией последних десятилетий стал пере­ход от отдельных вычислительных машин к объе­динениям многих разнотипных машин в единую сеть сбора, обработки и передачи данных. Такая сеть напоминает развитую сеть связи. Она содержит в себе специальные каналы и сопутствующие им ус­тройства для организации обмена данными между машинами. Для того чтобы различные компьютеры «понимали» сообщения друг друга, нужны специ­альные языки, записи на которых одинаково понят­ны всем абонентам сети. Такие языки называются протоколами связи. Разработкой протоколов также занимаются системные программисты.

Кроме системного выделяют проблемно-ориен­тированное программирование. Специалисты, ра­ботающие в этой сфере, создают пользовательские программы, нацеленные на решение задач в той или иной области человеческой деятельности, например для решения задач из области аэромеханики, банковских задач, задач медицинской диагностики и т. п. Эти же программисты создают специальные пакеты прикладных программ — удобное средство для пользователя, работающего в фиксированной проблемной области.

Наконец, большой отряд программистов связан с созданием программ для разного рода информа­ционных систем, например для банков данных.

Источник

Теоретическая информатика

Из Википедии — свободной энциклопедии

Теоретическая информатика — это научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы, в которой осуществляется изобретение и создание новых средств работы с информацией. Это подразделение общей информатики и математики, которое сосредотачивается на более абстрактных или математических аспектах вычислительной техники и включает в себя теорию алгоритмов.

Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика (в тесном взаимодействии с философией и кибернетикой) занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).

Не просто точно описать рамки данной теории. ACM SIGACT (англ. Association for Computing Machinery Special Interest Group on Algorithms and Computation Theory ), подгруппа ACM, описывает науку, как поддержку теоретической информатики и отмечает:

Область теоретической информатики толкуется широко и включает в себя алгоритмы, структуры данных, теорию сложности вычислений, распределённые вычисления, параллельные вычисления, СБИС (сверхбольшая интегральная схема), машинное обучение, вычислительную биологию, вычислительную геометрию, теории информации, криптографию, квантовый компьютинг, теорию чисел, алгебру и теорию вычисления (символьные вычисления), семантику и верификацию языков программирования, теорию автоматов, а также теории случайных процессов. Работа в этой области часто отличается акцентом на математической технике и строгости.

К этому списку научный журнал «ACM Transactions on Computation Theory» (TOCT) также добавляет теорию кодирования, теорию вычислительного обучения и аспекты теоретической информатики в таких областях, как базы данных, информационный поиск, экономические модели и сети. Несмотря на такую широкую сферу деятельности, теоретики информатики отличают себя от практиков. Некоторые характеризуют себя как тех, кто делает «более фундаментальный научный труд, что лежит в основе области вычислительной техники». Другие же «теоретики-практики» настаивают, что невозможно отделить теории от практики. Это означает, что теоретики регулярно используют экспериментальную науку, которая выполняется в менее теоретических областях, таких как исследование систем программного обеспечения.

Источник

Теоретическая информатика и её направления

Вы будете перенаправлены на Автор24

Теоретическая информатика и её направления — это научная дисциплина о способах и операциях поиска, сохранения, переработки, трансляции и аналитической оценки информации с использованием компьютеров, а также её разные ответвления.

Теоретическая информатика

Примерно до середины семидесятых годов прошлого века в ходу был термин «кибернетика», а не «информатика», и по этой причине не было теоретической информатики, а было определение «теоретическая (математическая) кибернетика».

Под теоретической информатикой понимается математическая дисциплина, применяющая математические методики для формирования и анализа моделей обработки, трансляции и применения информации.

Теоретическая информатика предоставляет теоретическую базу для практического использования информатики. Сама природа информации предполагает её дискретное представление. Большинство информационных посланий чаще всего могут быть представлены дискретными множествами, что означает близость содержания теоретической информатики к дискретной математике, которая изучает как раз такие вещи. По этой причине большинство моделей теоретической информатики пришли из дискретной математики. Но почти всегда такие модели наполняются фактическими данными, которые связаны с информацией об объекте исследования.

Направления теоретической информатики

Теоретическую информатику можно разложить на несколько вполне оформившихся дисциплин. По уровню схожести подлежащих решению задач, они делятся на следующие классы.

Дисциплины, которые опираются на алгебру логики (математическую логику). В этих дисциплинах формируются способы, которые позволяют применять логические обоснования при анализе операций обработки информационных данных посредством электронных вычислительных машин (к примеру, теория алгоритмов, теория параллельного вычисления). Кроме того, способы, позволяющие на базе логического моделирования, строить изучение процессов, происходящих в самой электронной вычислительной машине при выполнении операций вычисления (теория автоматов, теория сетей).

Готовые работы на аналогичную тему

Компьютеры, как общеизвестно, работают с числовыми данными, то есть с информацией, которая представлена в дискретном формате. А непосредственно операции, которые выполняет компьютер, это алгоритмическая структура, реализуемая программным обеспечением. Для проектирования прикладных программ требуется выработать специализированные методы разрешения поставленных задач. Ранее специалисты математической сферы не были озадачены возможностью перевести свои способы разрешения задач в формат, позволяющий осуществлять программную реализацию, то есть в виде программ, выполняемых электронными вычислительными машинами. Стремительный прогресс в области аппаратуры, позволяющей автоматизировать вычислительные процессы, привёл к созданию современных компьютеров, что явилось стимулом развития в математических дисциплинах операций и способов разрешения задач. Отсюда появились дисциплины, которые стали пограничными между теоретической информатикой и дискретной математикой. А именно вычислительная математика и вычислительная геометрия. Термин «вычислительная» определяет, что данные дисциплины служат для формирования методик, которые предназначены для компьютерной реализации.

Дисциплиной, которая изучают собственно информацию, как абстрактный объект без фактического наполнения, является теория информации. Она определяет общие свойства информации, законы, которые управляют её зарождением, прогрессом и окончанием её актуальности. К теории информации очень близка теория кодирования, которая занимается изучением тех форматов, в которые возможно преобразовать содержимое каждого информационного объекта (транслируемого сообщения, базы знаний и тому подобное).

В теории информации существует подраздел, который занимается конкретно вопросами теории трансляции информационных данных по разным системам связи. Информатика рассматривает как реальные, так и абстрактные информационные данные. Информация, перемещаясь в виде реальных данных, выражается в разных фактических процессах, но в информатике она проявляется в виде некой абстракции. Эта трансформация обуславливает применение в электронных вычислительных машинах формальных абстрактных моделей той области, к которой относится информация в фактическом мире. Говоря иначе, реальные объекты в компьютерах замещаются использованием их моделирования. Преобразование реальных объектов в модели, которые применяются для исследования в электронных вычислительных машинах, можно выполнить, формируя и развивая специальные операции и приёмы. А помогает их изучать системный анализ, который появился как наука примерно двадцать лет тому назад.

Системный анализ занимается изучением структуры реального объекта и предоставляет методы их формального представления. Элементом системного анализа считается обобщённая теория систем, которая изучает различные по характеристикам информационные системы с единой платформы. Системный анализ находится на границе кибернетики и теоретической информатики. Примерно там же располагаются другие похожие дисциплины.

Одной из них является имитационное моделирование. Эта дисциплина создаёт и применяет некоторые методы исследования процессов, которые происходят в физических объектах, а также при их моделировании в электронных вычислительных машинах. Второй наукой считается теория массового обслуживания, которая анализирует специфический, но очень популярный тип моделирования трансляции и обработки информации, носящий название систем массового обслуживания.

И, наконец, завершающий набор дисциплин, которые входят в теоретическую информатику и ориентированы на применение информации для выработки решений в некоторых ситуационных положениях, случающихся в сегодняшней действительности. Одна из дисциплин называется теория принятия решений, и она изучает обобщённые структуры, применяемые человеком при нахождении оптимальных решений среди многих возможных.

Источник