Информатика как наука ее структура (компьютерные науки) , теоретическая и прикладная информатика

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про информатика как наука, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое информатика как наука, информатика, структура информатики, информационный процесс, информационный технологический процесс, информационные ресурсы, информационная технология, естественная информатика, прикладная информатика, теоретическая информатика, компьютерные науки , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Информатика.

информатика (от информация и автоматика) — наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации, обеспечивающих возможность ее использования для принятия решений . Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах ивычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, например разработка языков программирования и протоколов передачи данных.

компьютерные науки - это изучение алгоритмических процессов , вычислительных машин и самих вычислений. Как дисциплина, информатика охватывает широкий круг тем, от теоретических исследований алгоритмов , вычислений и информации до практических вопросов реализации вычислительных систем в аппаратном и программном обеспечении .

Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п.

Этимология

Слово «информатика» образовано из «информ» от «информация» и «атика» от «автоматика». В русском, английском, французском и немецком языках в 1960-х годахбыла тенденция к замене термина «документация» терминами, имеющими в своей основе слово «информация» . Термин нем. Informatik ввел немецкий специалистКарл Штейнбух в статье Informatik: Automatische Informationsverarbeitung (Информатика: Автоматическая обработка информации) 1957 года . Французский термин «informatique» введен в 1962 году Филиппом Дрейфусом, который также предложил перевод на ряд других европейских языков.

В русском языке производной от термина «документация» стала документалистика и развивались термины научная и научно-техническая информация. Термины «информология» и «информатика» предложены в 1962 году членом-корреспондентом АН СССР Александром Харкевичем. Основы информатики как науки были изложены в книге «Основы научной информации» 1965 года, которая была переиздана в 1968 году уже под названием «Основы информатики» .

Во Франции термин официально вошел в употребление в 1966 году:

Термин «Informatique», созданный во Франции и постепенно принятый в международном масштабе, был признан Французской Академией в качестве нового слова нашего языка в апреле 1966 г.

В немецком языке термин нем. Informatik имел в начале двойственное значение. Так, в ФРГ и Великобритании он был в значении «computer science», то есть не более того, что связано с применением ЭВМ, а в ГДР, как и в основном по Европе, обозначал науку по французской и русской модели.

Эквиваленты в английском языке

Считается, что под терминами «informatics» в европейских странах и «информатика» в русском языке понимается направление, именуемое в английском языке «computer science». К другому направлению, посвященному изучению структуры и общих свойств объективной (научной) информации, иногда называемому документалистикой (документальной информатикой) или автоматическим анализом документов , близок термин «information science».

Принято считать, что в английский язык термин «informatics» независимо от остальных ввел Уолтер Ф. Бауэр, основатель «Informatics Inc.». В США в настоящее время термин «informatics» (англ.) связан с прикладными вычислениями или обработкой данных в контексте другой области , например в биоинформатике («bioinformatics») игеоинформатике («geoinformatics»).

Во многих словарях informatics и computer science приравниваются к информатике. В тезаурусе ЮНЕСКО «Информатика — Informatics» дается как синоним к «Computer science — Компьютерные науки» .

Введение

Информатика — молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют создавать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

До настоящего времени толкование термина «информатика» (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым. Обратимся к истории вопроса, восходящей ко времени появления электронных вычислительных машин.

Понятие информатики является таким же трудным для какого-либо общего определения, как, например, понятие математики. Это и наука, и область прикладных исследований, и область междисциплинарных исследований, и учебная дисциплина (в школе и в вузе).

Несмотря на то, что информатика как наука появилась относительно недавно (см. ниже), ее происхождение следует связывать с работами Лейбница по построению первой вычислительной машины и разработке универсального (философского) исчисления.

История информационных технологий

Отдельной наукой информатика была признана лишь в 1970-х; до этого она развивалась в составе математики, электроники и других технических наук. Некоторые начала информатики можно обнаружить даже в лингвистике. Первый факультет информатики был основан в 1962 году в университете Пердью (Purdue University). Сегодня факультеты и кафедры информатики имеются в большинстве университетов мира.

В школах СССР учебная дисциплина «Информатика» появилась в 1985 году одновременно с первым учебником А. П. Ершова «Основы информатики и вычислительной техники».

Высшей наградой за заслуги в области информатики является премия Тьюринга.

4 декабря отмечается День российской информатики, так как в этот день в 1948 году Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство зарегистрировал за номером 10 475 изобретение И. С. Брука и Б. И. Рамеева — цифровую электронную вычислительную машину .

Философия информатики

Ряд ученых-информатиков выступили за различие трех отдельных парадигм в компьютерных науках. Питер Вегнер утверждал, что эти парадигмы - это наука, технология и математика. Рабочая группа Питера Деннинга утверждала, что это теория, абстракция (моделирование) и дизайн. Амнон Х. Иден описал их как «рационалистическую парадигму» (которая рассматривает информатику как раздел математики, преобладающий в теоретической информатике, и в основном использует дедуктивные рассуждения.), «технократическая парадигма» (которая может быть найдена в инженерных подходах, наиболее заметно в разработке программного обеспечения) и «научная парадигма» (которая подходит к компьютерным артефактам с эмпирической точки зрения естественных наук , идентифицируемых в некоторых отраслях искусственного интеллект ). ^[38] Информатика фокусируется на методах, связанных с проектированием, спецификацией, программированием, проверкой, реализацией и тестированием компьютерных систем, созданных человеком.

структура информатики

Информатика делится на ряд разделов.

теоретическая информатика

Теоретическая информатика занимается теориями формальных языков, автоматов, алгоритмов, вычислимости и вычислительной сложности, а также вычислительнойтеорией графов, криптологией, логикой (включая логику высказываний и логику предикатов), формальной семантикой и закладывает теоретические основы для разработки компиляторов языков программирования.

Теоретическая информатика является математической и абстрактной по своему духу, но ее мотивация основана на практических и повседневных вычислениях. Его цель - понять природу вычислений и, как следствие этого понимания, предоставить более эффективные методологии.

Теория вычислений

По словам Питера Деннинга , фундаментальный вопрос, лежащий в основе информатики, заключается в следующем: «Что можно автоматизировать?» ^[20] Теория вычислений сосредоточена на ответах на фундаментальные вопросы о том, что можно вычислить и какое количество ресурсов требуется для выполнения этих вычислений. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Пытаясь ответить на первый вопрос, теория вычислимости изучает, какие вычислительные задачи разрешимы на различных теоретических моделях вычислений . Второй вопрос решается с помощью теории сложности вычислений , которая изучает временные и пространственные затраты, связанные с различными подходами к решению множества вычислительных задач.

Знаменитый P = NP? Проблема, одна из задач Премии тысячелетия , ^[43] является открытой проблемой в теории вычислений.

		{\ Displaystyle M = \ {X: X \ not \ in X \}}
Теория автоматов	Формальные языки	Теория вычислимости	Теория вычислительной сложности
Модели вычислений	Теория квантовых вычислений	Теория логических схем	Клеточные автоматы

Теория информации и кодирования

Теория информации, тесно связанная с вероятностью и статистикой , связана с количественной оценкой информации. Он был разработан Клодом Шенноном, чтобы найти фундаментальные ограничения на операции обработки сигналов, такие как сжатие данных, а также на надежное хранение и передачу данных. ^[44] Теория кодирования - это изучение свойств кодов (систем для преобразования информации из одной формы в другую) и их пригодности для конкретного приложения. Коды используются для сжатия данных , криптографии , обнаружения и исправления ошибок , а в последнее время также для сетевого кодирования.. Коды изучаются с целью разработки эффективных и надежных методов передачи данных. ^[45]

Теория кодирования	Емкость канала	Алгоритмическая теория информации	Теория обнаружения сигналов	Колмогоровская сложность

Структуры данных и алгоритмы

Структуры данных и алгоритмы - это исследования обычно используемых вычислительных методов и их вычислительной эффективности.

О ( п 2 )
Анализ алгоритмов	Разработка алгоритма	Структуры данных	Комбинаторная оптимизация	Вычислительная геометрия	Рандомизированные алгоритмы

Теория языков программирования и формальные методы

Теория языков программирования - это раздел информатики, который занимается проектированием, реализацией, анализом, характеристикой и классификацией языков программирования и их индивидуальных особенностей . Это относится к дисциплине информатики, как зависящей от математики , программной инженерии и лингвистики , так и влияющих на них . Это активная область исследований с многочисленными специализированными академическими журналами.

Формальные методы - это особый вид математически обоснованных методов спецификации , разработки и проверки программных и аппаратных систем. ^[46]Использование формальных методов для проектирования программного и аппаратного обеспечения мотивировано ожиданием того, что, как и в других инженерных дисциплинах, выполнение соответствующего математического анализа может способствовать надежности и устойчивости проекта. Они образуют важную теоретическую основу для разработки программного обеспечения, особенно когда речь идет о безопасности. Формальные методы являются полезным дополнением к тестированию программного обеспечения, поскольку они помогают избежать ошибок, а также могут служить основой для тестирования. Для промышленного использования требуется поддержка инструмента. Однако высокая стоимость использования формальных методов означает, что они обычно используются только при разработке высоконадежных и жизненно важных систем , где безопасностьимеет первостепенное значение. Формальные методы лучше всего охарактеризовать как применение довольно широкого разнообразия основ теоретической информатики , в частности логических исчислений, формальных языков , теории автоматов и семантики программ , а также систем типов и алгебраических типов данных к проблемам в спецификации программного и аппаратного обеспечения и проверка.

	{\ displaystyle \ Gamma \ vdash x: {\ text {Int}}}
Формальная семантика	Теория типов	Дизайн компилятора	Языки программирования	Формальная проверка	Автоматическое доказательство теорем

Практическая информатика

Практическая информатика обеспечивает фундаментальные понятия для решения стандартных задач, таких, как хранение и управление информацией с помощьюструктур данных, построения алгоритмов, модели решения общих или сложных задач. Примеры включают в себя алгоритмы сортировки и быстрого преобразования Фурье.

Одной из центральных тем практической информатики является инженерия программного обеспечения (англ. Software Engineering). Речь идет о систематическом процессе разработок от идеи до готового программного обеспечения.

Практическая информатика предоставляет также необходимые инструменты для разработки программного обеспечения, например, компиляторы.

Техническая информатика

Техническая информатика занимается аппаратной частью вычислительной техники, например основами микропроцессорной техники, компьютерных архитектур и распределенных систем. Таким образом, она обеспечивает связь с электротехникой. Компьютерная архитектура — это наука, исследующая концепции построения компьютеров. Здесь определяется и оптимизируется взаимодействие микропроцессора, памяти и периферийных контроллеров.

Еще одним важным направлением является связь между машинами. Она обеспечивает электронный обмен данными между компьютерами и, следовательно, представляет собой техническую базу для Интернета. Помимо разработки маршрутизаторов, коммутаторов и межсетевых экранов, к этой дисциплине относятся разработка и стандартизация сетевых протоколов, таких как TCP, HTTP или SOAP, для обмена данными между машинами.

прикладная информатика

Прикладная информатика объединяет конкретные применения информатики в тех или иных областях жизни, науки или производства, например, бизнес-информатика,геоинформатика, компьютерная лингвистика, биоинформатика, хемоинформатика и т.д.

Вычислительная техника, финансы и инженерия

Научные вычисления (или вычислительная наука ) - это область исследования, связанная с построением математических моделей и методов количественного анализа , а также с использованием компьютеров для анализа и решения научных проблем. Основное применение научных вычислений - моделирование различных процессов, включая вычислительную гидродинамику , физические, электрические и электронные системы и схемы, а также общества и социальные ситуации (в частности, военные игры) вместе с их средой обитания и многие другие. Современные компьютеры позволяют оптимизировать такие конструкции, как целые самолеты. В конструкции электрических и электронных схем примечательны SPICE, ^[51]а также программное обеспечение для физической реализации новых (или модифицированных) разработок. Последний включает в себя необходимое программное обеспечение для проектирования интегральных схем .

Числовой анализ	Вычислительная физика	Вычислительная химия	Биоинформатика	Нейроинформатика	Медицинская информатика	Вычислительная инженерия	Вычислительное музыковедение

Социальные вычисления и взаимодействие человека с компьютером

Социальные вычисления - это область, которая связана с пересечением социального поведения и вычислительных систем. Исследования взаимодействия человека с компьютером развивают теории, принципы и рекомендации для дизайнеров пользовательского интерфейса.

Программная инженерия

Программная инженерия - это исследование проектирования, внедрения и модификации программного обеспечения, чтобы гарантировать его высокое качество, доступность, ремонтопригодность и быструю сборку. Это системный подход к разработке программного обеспечения, предполагающий применение инженерных практик к программному обеспечению. Программная инженерия занимается организацией и анализом программного обеспечения - это касается не только создания или производства нового программного обеспечения, но и его внутренней компоновки и обслуживания.

естественная информатика

Естественная информатика — это естественнонаучное направление, изучающее процессы обработки информации в природе, мозге и человеческом обществе. Она опирается на такие классические научные направления, как теории эволюции, морфогенеза и биологии развития, системные исследования, исследования мозга, ДНК,иммунной системы и клеточных мембран, теория менеджмента и группового поведения, история и другие [10]. Кибернетика, определяемая, как «наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество»[11] представляет собой близкое, но несколько иное научное направление. Так же, как математика и основная часть современной информатики, оно вряд ли может быть отнесено к областиестественных наук, так как резко отличается от них своей методологией. (Несмотря на широчайшее применение в современных естественных науках математического и компьютерного моделирования.)

Основные термины

• информационные ресурсы — различные формализованные знания (теории, идеи, изобретения), данные (в том числе документы), технологии и средства их сбора, обработки, анализа, интерпретации и применения, а также обмена между источниками и потребителями информации.
• информационная технология :
  1. совокупность научных дисциплин, занимающихся изучением, созданием и применением методов, способов, действий, процессов, средств, правил, навыков, используемых для получения новой информации (сведений, знаний), сбора, обработки, анализа, интерпретации, выделения и применения данных, контента и информации с целью удовлетворения информационных потребностей народного хозяйства и общества в требуемом объеме и заданного качества.
  2. совокупность самих этих методов, способов, действий и т. д.
• информационный процесс — последовательность действий (операций) по сбору, передаче, обработке, анализу, выделению и использованию с различной целью информации (и/или ее носителей) в ходе функционирования и взаимодействия материальных объектов.
• информационный технологический процесс — компонент информационной технологии как практического инструмента рецептурной деятельности, часть производственного процесса, состоящая из последовательности согласованных технологических операций, связанных со сбором и обработкой <данных> как носителей информации, выделением из них необходимых сведений, новостей, знаний, их накоплением, анализом, интерпретацией и применением.

Открытия в информатике

Философ вычислительной техники Билл Рапапорт отметил три великих открытия компьютерных наук :

• Понимание Готфрида Вильгельма Лейбница , Джорджа Буля , Алана Тьюринга , Клода Шеннона и Сэмюэля Морса : есть только два объекта, с которыми компьютер должен иметь дело, чтобы представить «что угодно».

Вся информация о любой вычислимой проблеме может быть представлена ​​с использованием только 0 и 1 (или любой другой бистабильной пары, которая может переключаться между двумя легко различимыми состояниями, такими как «включено / выключено», «намагничен / размагничен», «высокий -напряжение / низковольтное »и др.).

• Понимание Алана Тьюринга : существует всего пять действий, которые компьютер должен выполнить, чтобы сделать «что-нибудь».

Каждый алгоритм может быть выражен на языке для компьютера, состоящем всего из пяти основных инструкций:

• переместиться на одно место влево;
• переместитесь вправо на одно место;
• прочитать символ в текущем местоположении;
• напечатать 0 в текущем месте;
• напечатайте 1 в текущем месте.

• Понимание Коррадо Бема и Джузеппе Якопини : существует только три способа объединения этих действий (в более сложные), которые необходимы для того, чтобы компьютер мог делать «что угодно».

Чтобы объединить любой набор базовых инструкций в более сложные, нужны всего три правила:

• последовательность : сначала сделай это, потом сделай то;
• выбор : ЕСЛИ такой-то и такой-то случай, ТО сделай это, ИНАЧЕ сделай это;
• повторение : ПОКА что так и будет, СДЕЛАЙТЕ это.

Обратите внимание, что три правила идеи Бема и Якопини можно еще больше упростить с помощью goto (что означает, что это более элементарно, чем структурное программирование ).

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• программирование , архитектура программного обеспечения ,
• алгоритм , исполнители алгоритмов ,
• машина тьюринга , классификация машин тьюринга ,
• программная инженерия , компьютерная инженерия ,
• типы тестирования , уровни тестирования ,
• классификация языков программирования ,
• информационная технология , информационные технологии ,
• структуры данных , data structrures ,
• машинное обучение , задача регрессии ,
• Хемоинформатика
• Биоинформатика
• Компьютерные науки и инженерия
• Компьютерная инженерия
• Нерешенные проблемы информатики
• Цифровая революция
• Алгоритмическая торговля
• Информационные и коммуникационные технологии
• Теорема о структурированной программе

Пожалуйста, пиши комментарии, если ты обнаружил что-то неправильное или если ты желаешь поделиться дополнительной информацией про информатика как наука Надеюсь, что теперь ты понял что такое информатика как наука, информатика, структура информатики, информационный процесс, информационный технологический процесс, информационные ресурсы, информационная технология, естественная информатика, прикладная информатика, теоретическая информатика, компьютерные науки и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Информатика

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.