Применение информатики, математических моделей и методов в управление

22

ВВЕДЕНИЕ

Область знаний, которую сейчас изучает информатика, является очень широкой. Существуют десятки определений самого термина «информатика», подчас довольно противоречивых. Их дают философы, математики, программисты, специалисты, работающие во многих других отраслях. Сам термин «информатика» в том смысле, в котором он сейчас используется, возник в начале 60-х годов во французском языке (informatique). Его появление связано с широким внедрением средств вычислительной техники в различные области человеческой деятельности. В нашей стране трактовка термина информатики утвердилась с момента принятия решения в 1983 году на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации.

Поскольку информация в связи с научно-технической революцией приобрела исключительное значение в жизни общества, то вполне закономерно, что сама она с определенного времени стала объектом изучения, объектом научных исследований. Диалектико-материалистическое понимание соотношения науки и общества исходит из того, что человеческое познание в общем определяется практическими потребностями общества. Как реализация одной из этих потребностей и появилась область науки, изучающая научную информацию. Эта область науки называется информатикой.

Информатика – сравнительно молодая, бурно развивающаяся научная дисциплина. Предмет исследования ее постоянно уточняется. По этой причине разными учеными предлагались различные определения информатики. Известные советские ученые А.И. Михайлов, А.И. Черный, Р.С. Гиляровский дают следующее определение информатики: «Информатика – это научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации». Один из выдающихся программистов и математиков А. П. Ершов предполагает, что термин «информатика» должен играть роль связующего звена между двумя понятиями – вычислительная техника и автоматизация, т.е. обозначать название науки, снабжающей нас знанием о применении вычислительной техники для нужд автоматизации.

Большое значение на современном этапе развития имеют математические модели и методы, которые издавна широко применяются в различных областях знаний и существенно ускоряют те или иные процессы, а также изучение какого-либо объекта или явления.

Цель работы – выяснить, как применяется информатика, математические модели и методы в управлении.

Тема является актуальной сегодня, так как информатизация и компьютеризация коснулись практически всех субъектов народного хозяйства. Становиться интересно, в каких областях используются информатика, где получили большое распространение математические модели и методы.

Данная работа состоит из введения, трех частей, заключения. В конце приводится список литературы.

Во введении ставятся цель изучения работы и актуальность темы.

В первой главе раскрывается понятие информатики как науки, ее основные направления, задачи и общее применение информатики.

Во второй главе приводятся понятие и описание построения математических моделей, даны математические методы и их характеристики.

В третьей главе рассматривается теория управления и связь ее с информатикой и с математическими моделями и методами.

В заключении приводятся выводы по изученной теме.

ЧАСТЬ I. ИНФОРМАТИКА КАК НАУКА

1.1. Понятие информатики и ее задачи

Что же такое «информатика»? По-видимому, в отечественной научной литературе пока еще не сложилось окончательное определение этого понятия. Авторы дают различные формулировки. Приведем одно из них.

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения. Кроме того, это наука, изучающая информацию и ее свойства. Информатика призвана играть обеспечивающую роль, оказывать помощь другим наукам и областям человеческой деятельности.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей – технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware). В свою очередь, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку и как прикладную дисциплину.

С самого зарождения информатики был предопределен ее особый интерес к сущности информации как таковой, к ее природе, к определению содержания и объема понятия информации. Хотя сама эта проблема выходит за рамки информатики, являясь объектом философских исследований, информатика никак не могла остаться к ней равнодушной, без соотнесения с общим понятием информации невозможно глубокое познание одного из ее видов – информации научной. Иными словами, чтобы успешно заниматься информатикой, т.е. решать поставленные перед ней задачи, необходимо достаточно знать и об информации вообще.

В последние годы быстро увеличивается число ЭВМ и систем, возрастают их производительность и объемы хранимой информации. В ряде наиболее развитых стран примерно половина рабочих мест приходится на эту сферу. Информатика ныне становится важнейшей основой жизнедеятельности современного общества. Она тесно связана с другими науками, техникой, экономикой, политикой, управлением и оказывает на их развитие непосредственное влияние.

Каковы же задачи информатики?

      Исследование информационных процессов любой природы;

                         Разработка информационной техники и создание новейшей   технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

                          Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечение эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Исходя из задач, которые выполняет информатика, можно выделить несколько ее направлений.

1.2. Основные направления информатики

Основные направления информатики включают в себя:

1.                 Теоретическая информатика. Это математическая дисциплина, она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики.

2.                 Программирование. Эта дисциплина полностью связана с вычислительными машинами. Включает создание отдельных программ и пакетов прикладных программ, разработку языков программирования, создание операционных систем, организацию взаимодействия компьютеров с помощью протоколов связи.

3.                 Искусственный интеллект (ИИ). Основная цель работ в области ИИ – проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. ИИ занимается теоретическими и прикладными вопросами. Например, робототехникой (создание роботов), созданием баз знаний и экспертных систем на основе этих баз знаний.

4.                 Информационные системы (ИС). Человеко-машинные системы, предназначенные для хранения, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.

5.                 Вычислительная техника. Развитие вычислительной техники – это самостоятельное направление, в котором часть задач не имеет прямого отношения к информатике (микроэлектроника). Однако при разработке, проектировании и производстве компьютерной техники наиболее широко используются достижения информатики.

В отдельную отрасль следует выделить науку кибернетику, тесно связанную с информатикой. Кибернетика – это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процес­сов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибер­нетику часто определяют еще и как науку об общих законах полу­чения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Однако между этими двумя дисциплинами есть различия. Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Поэтому может сложиться впечатление об информатике как о более емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер. Между этими двумя дисциплинами провести четкую черту не предоставляется возможным в связи  с ее размытостью и неопределенностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

Стоит отметить, что информатика – практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. Следовательно, следует определить области ее применения.

1.3. Применение информатики

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применение количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений.

Сферы применения информатики достаточно многообразны. Это и инженерно-конструкторская, банковская деятельность, предпринимательская деятельность, строительство, статистика, бухгалтерский учет, связь и телекоммуникации и т. д.

Наибольшее применение информатика находит в экономике и управлении (статистика и нахождение оптимальных решений); физике и технике (от расчетов к автоматизации различных процессов). Наблюдается проникновение информатики в неформализованные науки. Превращение неформализованных наук (медицины, биологии т. п.) в точные – это основная задача информатики. Необходимо широкое внедрение математических методов в эти области. С помощью методов информатики, математических моделей возможны открытия в других областях.

Информатика – наукоемкая отрасль. Это значит, что она находиться на самом «острие» научных достижений и впитывает все новейшие достижения микроэлектроники, техники связи, математики. Поэтому информатику часто называют катализатором технического прогресса.

Сейчас можно говорить о том, что не одно предприятие, учреждение, фирма не может обходиться без компьютеризации, ведь это существенно облегчает работу, минимизирует издержки и позволяет развиваться, искать какие-то новые идеи и стремиться к лучшим результатам.

ЧАСТЬ II. Математические модели и методы

2.1. Понятие математических моделей и методов

При решении задач в различных областях деятельности приходится строить различные модели. Моделью называется материальный или идеальный образ некоторой совокупности реальных объектов или явлений, который при определенных обстоятельствах используется в качестве заменителя или представителя исходных объектов. В информатике рассматриваются в основном информационные и математические модели.

Понятие математической модели очень близко к понятию информационной модели, и многие специалисты рассматривают математическую модель как специфический, частный случай информационной модели.

В общем случае под математической моделью понимают совокупность уравнений, неравенств, и других математических формул, отражающих наиболее существенные черты какого-либо реального объекта, процесса или явления. Другими словами, вместо реальных вещей мы оперируем математическими символами.

Характерной чертой математической модели является необходимость привлечения математических соотношений для адекватного описания рассматриваемых явлений или связей между объектами. Математическая модель построена так, чтобы, решая ее, можно было получить исчерпывающее описание исследуемого объекта или явления.

Основное свойство правильно построенной математической модели заключается в том, что она позволяет не только описать поведение объекта, но и предсказать, как будет он вести себя в определенных ситуациях.

Как строиться математическая модель? Правильно построить математическую модель – один из самых важных этапов исследования объекта. Как правило, в процесс составления модели участвуют математики и специалисты той отрасли, к которой принадлежит исследуемый объект. На первом этапе необходимо определить основные свойства объекта и построить их математическое описание. Один и тот же объект может описываться различными моделями, отличающимися, например, степенью детализации описания его свойств. Так как математическая модель строиться на некотором упрощенном описании объекта, то результаты, полученные при анализе модели, носят приближенный характер. Степень адекватности модели и объекта определяет и степень точности полученных результатов. Если объект плохо изучен, то степень адекватности определяется через сопоставление имеющихся наблюдений и полученных расчетных данных. Критерием соответствия является практика в самом широком смысле этого слова. В случае необходимости можно уточнить первоначальную математическую модель объекта.