CC BY
325
ФИЛОСОФСКИЕ И НАУЧНО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ
К.К. Колин, д.т.н., проф., главный научный сотрудник Тел.: (495) 306-42-31, E-mail: [email protected] Институт проблем информатики РАН http://www.ipiran/ru
Actual philosophical and scientifically-methodological problems of modern Informatics as fundamental science and a complex scientific direction are considered. Communication of these problems with prospects of development of Informatics and fundamental science as a whole is
shown.
1. Актуальность проблемы
В последние годы наблюдается заметное возрастание внимания, которое уделяется со стороны ученых, преподавателей и даже общественно -политических деятелей проблемам развития информатики как фундаментальной науки и комплексного научного направления. Причинами этого, скорее всего, являются три основных фактора. Первый фактор связан с логикой развития самой фундаментальной науки, которая в настоящее время находится в стадии перехода на новый уровень своего развития и формирует как новую научную парадигму, так и новую методологию научных исследований, основанную на все более широком и эффективном использовании последних достижений информатики.
Второй фактор связан с процессом формирования глобального информационного общества, который в последнее десятилетие принимает поистине планетарные масштабы и оказывает все более заметное влияние на все сферы жизнедеятельности современного общества.
Третий фактор заметно начал проявлять себя в лишь последние 3-5 лет, и связан он с развитием так называемой третьей технологической революции, стержневой основой которой являются нанотехнологии. Хотелось бы отметить, что одним из важных направлений нонотехнологической революции является формирование такого нового направления в информатике, как квантовая информатика. Это раздел информатики, изучающий закономерности проявления и
реализации информационных процессов на квантовом уровне и возможности создания на этой основе принципиально новых видов информационной техники, в том числе и квантовых компьютеров. В начале 2007 года в сети Интернет появилось сообщение о том, что первый реально работающий лабораторный макет квантового компьютера уже создан канадскими специалистами и на этом компьютере уже решены первые три задачи. Событие это, безусловно, выдающееся, так как даже самые большие оптимисты в области квантовой информатики ожидали его не ранее 2020 года.
Создание квантовых компьютеров означает прорыв информатики на принципиально новый уровень - на уровень атомных структур материи. Но ведь для того, чтобы понимать принципы работы таких компьютеров, нужно, прежде всего, знать принципы реализации информационных процессов на квантовом уровне, т.е. необходим принципиально новый уровень развития науки и образования. Причем не только в технической области, но и в области философских аспектов информатики.
Основная цель данной работы состоит в том, чтобы провести структуризацию наиболее актуальных философских и научно-методологических проблем современной информатики, а также показать их роль в развитии самой информатики и в дальнейшем развитии всей системы научного знания.
Учитывая ограниченность объема данной работы, мы рассмотрим в ней всего семь таких проблем. Из них три можно считать философскими, а четыре - научно-методологическими. Хотя, конечно же, границы здесь весьма условны, так как все эти проблемы являются достаточно тесно взаимосвязанными.
2. Актуальные философские проблемы информатики
Первая и, пожалуй, наиболее важная философская проблема современной информатики состоит в необходимости философского осмысления с позиций последних достижений современной науки сущности феномена информации как одного из проявлений объективной реальности. Иначе говоря, необходимо получить достаточно аргументированный ответ на вопрос: «Существует ли информация как объективная реальность или же она является результатом деятельности человеческого сознания, т.е. феноменом сугубо субъективным?».
Известно, что сегодня на этот счет существуют две различные и прямо противоположные точки зрения ученых. Ответ: «Да» дают те из них, которые рассматривают феномен информации с позиций так называемого атрибутивного подхода. При этом они полагают, что информация является атрибутом, т.е. неотъемлемым свойством материи, и поэтому существует не только в сознании человека, но и независимо от него, как в живой, так и в неживой природе. Характерными представителями этого подхода среди зарубежных ученых являются Н. Винер и У.Р. Эшби [1,2], а среди отечественных ученых В.М. Глушков, А.П. Ершов, А. Д. Урсул, Ю.И. Шемакин, Д.С. Чернавский [3-7] и многие другие. Автор настоящего доклада также является приверженцем именно этого подхода.
Ответ: «Нет» на поставленный выше вопрос дают представители функционального подхода, которые полагают, что информация является функцией деятельности сознания человека, и поэтому в неживой природе и технических системах, т.е. вне сферы деятельности сознания, она принципиально существовать не может.
Кстати, из этого утверждения сразу же следует и другой вывод - о том, что информатика является, прежде всего, гуманитарной наукой. Именно этот вывод сделан, например, в монографии Р. С. Гиляревского и его коллег «Информатика как наука об информации» [8]. Я являюсь рецензентом этой монографии и считаю ее очень интересной и полезной, так как ее авторы, отстаивая свою точку зрения на объект исследований информатики, активно противостоят тому инструментально-технологическому подходу к данной науке, который, к сожалению, сегодня все еще доминирует в науке и в образовании. Суть этого подхода состоит в
том, предметная область информатики сводится, главным образом, к информационным технологиям и средствам их реализации.
Таким образом, мы видим, что имеется самая тесная связь между философской проблемой определения содержания понятия информации и научно-методологической проблемой квалификации информатики как науки.
Справедливости ради нужно заметить, что в одной из своих работ академик Н.Н. Моисеев высказался в пользу функционального подхода к понятию информации, что представляется несколько странным, учитывая системный характер его многих исследований.
Хотелось бы особо отметить, что позиция приверженцев функционального подхода является не вполне последовательной. Дело в том, что они признают наличие информации в клетках живых организмов и растений (причем как генетической информации, так и процессов информационного взаимодействия). Но ведь это означает, что и клетки живых организмов также должны обладать определенными элементами сознания!
Теперь я хотел бы кратко изложить свою собственную точку зрения на концептуальный подход к определению содержания понятия «информация». Я утверждаю: одного единственного определения этого понятия дать принципиально невозможно. Причина этого заключается в том, что необходимо учитывать специфику проявления феномена информации в статических и динамических системах, а также на различных стадиях реализации процессов информационного взаимодействия в физических, технических, биологических или же социальных системах. Некоторые аргументы в пользу этой точки зрения приведены в работах [20,21].
Вторая важная философская проблема информатики заключается в необходимости более полного осмысления роли информации в эволюционных процессах, которые происходят как в физических, так и в биологических системах, а также в человеческом обществе. Другими словами, мы должны более четко себе представлять, какую роль играют информационные процессы в развитии физических систем неживой природы, а также в развитии живых организмов, биосферы в целом и, конечно же, человеческого общества.
Хотелось бы перечислить известных
отечественных ученых, работы которых, как нам представляется, и создают научную основу для решения этой проблемы. Прежде всего, это известный специалист в области квантовой механики академик РАН Б.Б. Кадомцев. Его монография «Динамика и информация» [9], опубликованная еще в 1997 году, т.е. 10 лет тому назад, не только содержит принципиально новые результаты и выводы относительно перспектив дальнейшего развития квантовой физики, но и является исключительно важной философской работой. Ведь в ней кратко изложена принципиально важная мировоззренческая позиция этого ученого, которую он назвал Концепцией информационно-открытых систем. Суть этой концепции состоит в том, что весь окружающий нас мир рассматривается как совокупность вложенных друг в друга информационно-открытых систем различного уровня сложности. Причем, эволюция этих систем может осуществляться лишь в результате информационного воздействия на данную систему из внешнего окружения в тот период времени, когда она находится в состоянии бифуркации.
Эта концепция хорошо согласуется с известными принципами синергетики, но не дублирует эту науку, а открывает совершенно новую, системно-информационную Картину Мира, которая строится на основе синтеза системного, синергетического и информационного подходов.
Автором другого, но столь же высокого уровня значимости философского подхода является профессор Ю.И. Шемакин. Его монография под названием «Системантика» [6] вышла в свет в 2006 году и, безусловно, является важным вкладом в решение рассматриваемой проблемы.
Считаю также необходимым указать на работы специалиста в области общей физики профессора А.М. Хазена [10], а также известного специалиста в области квантовой информатики академика РАН К.А. Валиева. Если же говорить об исследованиях в области информационных аспектов функционирования живых систем, то здесь необходимо назвать работы профессора Д.С. Чернавско-го [7], академика РАМН К.В. Судакова [11], а также работы профессора П.П. Гаряева [12].
Основная гипотеза информатики, связанная с рассматриваемой философской проблемой, состоит в том, что предполагается существование единой научной основы для тех информационных процессов, кото-
рые имеют место как в живой, так и в неживой природе. Иными словами, есть основания полагать, что наиболее фундаментальные законы информатики являются общими для физических и биологических систем, и именно они определяют закономерности их эволюционного развития. Это принципиально важная философская гипотеза для всей системы современной науки.
Третья актуальная философская проблема современной науки состоит в том, чтобы выявить и четко сформулировать основные законы информатики и установить их взаимосвязи с законами, которые изучают другие фундаментальные науки. Из них, прежде всего, нужно назвать общую теорию систем, кибернетику, синергетику, общую и квантовую физику, химию, биологию, генетику, а также психологию и социологию.
Среди исследователей, работы которых содержат важные результаты для решения данной проблемы, в первую очередь, необходимо назвать российских ученых. Это профессор Ю.И. Шемакин, который в течение ряда лет изучает взаимосвязи между фундаментальной информатикой, кибернетикой и общей теорией систем, а также И.М. Гуревич, который является автором монографии «Законы информатики - основа функционирования и познания сложных систем» [13]. Ожидается, что в 2007 году выйдет в свет второе издание этой монографии. Я являюсь научным рецензентом этой работы, хорошо знаю ее содержание и считаю, что она также является важным вкладом в решение рассматриваемой проблемы. Так, например, в этой работе показано, что законы информатики накладывают ряд ограничений на возможность осуществления преобразований в физических системах и, следовательно, являются фундаментальными законами природы.
Необходимость использования концепций и законов информатики для понимания сущности физических процессов достаточно убедительно показана также в работах Г.В. Встовского, Н.Е. Невесского, А.И Демина. Все они являются авторами соответствующих монографий, изданных в России в последние годы [14-16]. Мне известны также работы профессора С.В. Зенина по информационным аспектам химии, а также работы профессора П.П. Гаряева по информационным аспектам генетики.
Взаимосвязь законов информатики, синергетики и биофизики длительное время изучает в России профессор Д.С. Чернав-
ский. Его монография «Синергетика и информация: динамическая теория информации» [7] хорошо известна специалистам в данной области.
Хотелось бы также отметить научный доклад профессора О.П. Кузнецова, который он сделал на заседании Научного совета РАН по методологии искусственного интеллекта. В этом докладе он изложил и аргументировал свою гипотезу о голографиче-ском принципе хранения информации в структуре головного мозга человека. Мне представляется, что это яркий пример использования концепций и методов информатики применительно к решению одной из наиболее сложных проблем психологии -проблемы изучения принципов работы человеческого мозга и реализации в нем информационных процессов.
3. Некоторые важные научно-методологические проблемы информатики
Первая важная научно-методологическая проблема информатики - это проблема формирования общей теории информации как основной научной базы самой информатики. В последние годы в научной печати и в сети Интернет появилось большое количество статей и монографий, специально посвященных решению этой проблемы. Достаточно указать, что только в моей личной библиотеке имеется более 10 монографий по этой проблеме. Причем пять из них имеют одно и то же название «Информационная динамика». В числе этих работ хотелось бы особо отметить монографию профессора Н.Г. Гладких [17], которая была издана в 2004 году и посвящена исследованию семантических представлений и динамических преобразований информации, в ходе которых возникает новая смысловая информация о реальном мире.
Вторая важная научно-методологическая проблема состоит в развитии основных научных методов информатики, в числе которых необходимо особо выделить методы информационного моделирования, метод информационного подхода и метод глубокой виртуальной реальности. Сегодня есть основание утверждать, что в ближайшие годы именно эти методы информатики будут выдвинуты на первый план в методологии научных исследований как естественнонаучного, так и гуманитарного направлений мировой науки. Об этом достаточно убедительно свидетельствуют многочисленные публикации и прогнозы.
Третья актуальная научно-методо-
логическая проблема заключается в осмыслении роли и места информатики в системе современной науки. В конце 2006 года В ИПИ РАН издан выпуск научных трудов, посвященный именно этой проблеме [18]. В нем приведены результаты научных исследований, совокупность которых позволяет утверждать, что сегодня объективная необходимость требует пересмотреть существующее положение информатики в системе науки и в дальнейшем квалифицировать ее как самостоятельную отрасль научного знания, которая имеет естественнонаучное и гуманитарное значение.
Четвертая актуальная научно- методологическая проблема информатики заключается в необходимости обсудить и согласовать в научно-образовательном сообществе новую структуру предметной области информатики как комплексного научного направления. Предложения по этой структуре разработаны ИПИ РАН, опубликованы в научной печати и педагогических журналах и могут служить реальной основой для такого обсуждения.
Эта проблема особенно актуальна именно сейчас, когда в России начался процесс формирования Государственных образовательных стандартов третьего поколения для высшей школы. Ведь сегодня в проектах этих стандартов информатика все еще рассматривается как техническая дисциплина, главным содержанием которой являются информационные технологии и инструментальные средства для их реализации. А это уже давно не соответствует уровню развития информатики как фундаментальной науки.
Заключение
Проведенные в Институте проблем информатики РАН исследования показывают, что в настоящее время наступает новый период развития информатики как фундаментальной науки и быстро прогрессирующего комплексного научного направления. Внимание к этому направлению особенно сильно возросло в последние два-три года и в России, и за рубежом. Так, в 2005 году Президенту США Д. Бушу был представлен аналитический доклад, посвященный проблемам существенного развития и комплексного использования методов информатики в науке, промышленности, образовании и других сферах социальной практики [19]. При этом подчеркивается, что именно развитие информатики как комплексного научного направления является критическим фактором для всего научно-технического
прогресса в XXI веке. Нет сомнения в том, что этот доклад не останется без внимания многих стран мирового сообщества.
А как обстоит сегодня дело с развитием информатики в России? Я утверждаю, что в области изучения философских и научно-методологических проблем информатики и приоритет, и научное лидерство принадлежат российским ученым. За последнее десятилетие ими опубликован целый ряд научных работ, которые не только подтверждают этот вывод, но, самое главное, создают реальную научную базу для дальнейшего развития фундаментальных основ и методов информатики, а также для их использования в других областях науки и практики.
Гораздо хуже обстоит дело с изучением информатики в российской системе образования, где информатика все еще рассматривается как узко техническая дисциплина. Этот подход, характерный для начала 90-х годов минувшего столетия, должен быть изменен самым радикальным образом. Ведь уже сегодня мы живем в условиях становления глобального информационного общества, в котором, по оценкам многих авторитетных специалистов, приоритетное значение будет иметь информация и научные знания как главные ресурсы социально-экономического и культурного развития. Поэтому сегодня необходимо формировать
Государственные образовательные стандарты, ориентированные на те требования к специалистам, которые будут актуальными через 5-7 лет, т.е. в 2013-2015 годах. А это будут совсем другие требования, чем сегодня, так как ситуация в информационной сфере общества стремительно изменяется.
Поэтому необходимо безотлагательно обратиться к руководству Минобрнауки и довести до него эту точку зрения на ситуацию в области изучения проблем информатики в системе высшей школы, в том числе при подготовке научных и педагогических кадров.
Представляется также необходимым увеличить бюджетное финансирование дальнейших исследований в области философских и научно-методологических проблем информатики, обеспечить поддержку публикаций монографий в этой области, в том числе и зарубежных авторов.
Весьма желательно также в ближайшее время более детально обсудить изложенные выше проблемы на страницах научных и образовательных журналов с участием не только ученых, но и преподавателей вузов. Только так мы сможем сохранить приоритет и лидерство России в данной весьма важной сфере науки и образования.
Литература
1. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине /Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1958. - 215 с.
2. Эшби У.Р. Введение в кибернетику /Пер. с англ. - М.: Нил., 1959. - 432 с.
3. Глушков В.М. О кибернетике как науке //Кибернетика, мышление, жизнь. - М., 1964.
4. Ершов А.П. Информатика: предмет и понятие. //Кибернетика. Становление информатики. - М.: Наука, 1986. - С. 28-31.
5. Урсул А. Д. Информация. - М.: Наука, 1971.
6. Шемакин Ю.И. Системантика: Монография. - М.: Изд-во РАГС, 2006. - 254 с. 7.Чернавский Д.С. Синергетика и информация: Динамическая теория информации. - М.: Наука,
2001. - 244 с.
8. Информатика как наука об информации: Информационный, документальный, технологический, экономический, социальный и организационный аспекты /Р.С. Гиляревский и др. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2006. - 592 с.
9. Кадомцев Б.Б. Динамика и информация. - М.: Редакция журнала «Успехи физических наук», 1997. - 400 с.
10. Хазен А.М. Ведение меры информации в аксиоматическую базу механики. - М.: Рауб, 1998. -
168 с.
11. Судаков К.В. Информационный феномен жизнедеятельности. - М.: РМА ПО, 1999. - 380 с.
12. Гаряев П.П. Волновой генетический код. - М.: ИПУ РАН, 1997. - 108 с.
13. Гуревич И.М. Законы информатики - основа строения и познания сложных систем. - М.: Антиква, 2003. - 176 с.
14. Встовский Г.В. Элементы информационной физики. - М.: МГИУ, 2002. - 260 с.
15. Невесский Н.Е. Информационная динамика //Труды Отдела теоретических проблем РАН. - М., 2001. - 283 с.
16. Демин А.И. Информационная теория экономики. - М.: Палев, 1996. - 352 с.
17. Гладких Н.Г. Информационная динамика. - М.: Изд. дом «Аксон», 2004. - 160 с.
18. Колин К.К. Становление информатики как фундаментальной науки и комплексной научной проблемы //Системы и средства информатики. Спец. вып. Научно-методологические проблемы информатики /Под ред. К.К. Колина. - М.: ИПИ РАН, 2006. - С. 7-57.
19. Колин К. К. Будущее информатики в 21 веке: российский ответ на американский вызов // Открытое образование. - 2006. - № 2(55). - С. 73-77.
20. Колин К.К. Природа информации и философские основы информатики //Открытое образование. - 2005. - № 2(49). - С. 43-51.
21. Колин К.К. Информационное взаимодействие и понятие информации //Сб. н. тр. Научной сессии МИФИ-2006. - Т. 6. - М.: МИФИ, 2006. - С. 26-27.
ЛОГИЧЕСКИМ КОМПЬЮТЕР?
В.В. Лидовский, к.филол.н., доц. каф. Моделирования систем и информационных технологий Тел.: (495) 546-38-09, E-mail: [email protected], http://litwr.boom.ru «МАТИ» Российский государственный технологический университет им. К.Э.Циолковского http://www.mati.ru
The digital computers are the best for the sequential computations only. The wave processes and logics are naturally parallel. The wave CPU for the Prolog programs would have
possibility for limited parallel computations.
Есть ли альтернатива универсальному цифровому компьютеру - клону машины Тьюринга? Широко используемые в узких сферах аналоговые компьютеры, позволяющие быстро, хотя и с ограниченной точностью, решать сложные системы дифференциально-интегральных уравнений, и все более широко используемые контроллеры на основе небольших нейронных сетей показывают реальную, но не универсальную альтернативу.
Архитектура цифрового компьютера идеально приспособлена для организации последовательных вычислений, но превращается в громоздкую и весьма неэффективную систему при организации на нем параллельных вычислений.
Проблема эффективной организации параллельных вычислений не является только технической - она обусловлена теоретической сложностью организации распараллеливания универсальным способом.
Идея распараллеливания естественно возникает при появлении нескольких альтернатив в процессе вычисления - все варианты естественно выполнять параллельно
друг другу. Некоторые варианты могут вести к решению, а некоторые могут заканчиваться тупиком. Таким образом, естественно возникает граф-лабиринт, ребра которого -альтернативы. Такой граф-дерево, содержащий все варианты, которые могут возникнуть при поиске решения, является весьма общей структурой, позволяющей описывать поиск решения любой задачи.
С другой стороны, описывая задачу, при решении которой могут возникать неопределенные заранее альтернативы, естественно использовать знания в декларативной форме. Совокупность таких знаний, в общем случае, образует граф-сеть со сколь угодно сложной структурой. Граф-дерево поиска решений возникает при работе с графом-сетью описания задачи и является формальным логическим выводом из базы знаний, представленной в сетевой форме.
Логика - это многозначное слово. Есть логика формальная, математическая, а есть логика неформальная. Последнюю отличает от первой отсутствие известной трассы логического вывода от исходных данных до результата. А если учесть, что получение результата может быть основано частично на спонтанных решениях, то неформальная логика часто имеет к собственно логике только косвенное отношение.
Математическая логика делится, в свою очередь, на теоретическую и практическую. Книги по математике описывают, как пра-
