Систематизация информационных моделей

Международный электронный научный журнал ISSN 2307-2334

Адрес статьи: pnojournal.wordpress.com/archive15/15-04/ Дата публикации: 1.09.2015 № 4 (16). С. 13-18. УДК 004.041

Д. Р. СтОЕВА

Систематизация информационных моделей

Статья анализирует развитие информационных моделей. Информационная модель рассмотрена как описание или специальным образом формализованная информация, что определяет различие между информацией и информационной моделью.

Показано различие между информационной моделью и информацией, главная суть которого состоит в том, что информационная модель представляет организованную формализованную информацию с известным алгоритмом построения и применения в отличие от первичной информации имеющей любые формы представления и правила группирования.

Выделены и описаны три подхода получения знаний с использованием разных классов информационных моделей: когнитивный, информационно-технологический и интеллектуальный. Описательная функция информационной модели рассматривается на трех уровнях: предметном, системном и базовом.

Статья описывает три класса информационных моделей: информационно-описательные, информационно-ресурсные и интеллектуальные. Показаны свойства и функции информационных моделей. Выделены основные направления развития информационных моделей и представлений информационного моделирования связанного с развитием понятия структур и задач, которые могут быть решены на этих структурах.

Ключевые слова: информация, философия информации, информационные модели

Perspectives of Science & Education. 2015. 4

International Scientific Electronic Journal ISSN 2307-2334

Available: psejournal.wordpress.com/archive15/15-04/ Accepted: 28 June 2015 Published: 1 September 2015 No. 4 (16). pp. 13-18.

D. R. Stoeva

Systematization of information models

The article analyzes the development of information models. The information model is considered as a description or in a special way formalized information. This defines the difference between information and information model.

The article shows the difference between the information model and information. The information model is organized formal information with the known algorithm and application in contrast to the primary information having any form of representation and categorization rules.

Identified and described three approaches of obtaining knowledge with the use of different classes of information models: cognitive, information technology, and intellectual. Descriptive function information model is considered at three levels: substantive, systematic and basic.

This article describes three classes of information models: information-descriptive, information-resource and intellectual. The article shows the features and functions of information models. The article describes the main directions of development of information models.

Keywords: Information, philosophy of information, information model

Введение

ешение любой производственной или /V научной задачи описывается следующей / технологической цепочкой: «реальный объект - модель - алгоритм - программа - результаты - реальный объект» [1]. В этой цепочке важную роль выполняет «модель», как необходимый элемент решения задачи. Модель - широкое понятие, включающее в себя множество способов представления окружающего мира. Например, различают материальные (натурные) и идеальные (абстрактные) модели. Материальные модели основываются на чем-то объективном, существующем независимо от человеческого сознания (каких-либо телах или процессах). Материальные модели делят на физические и аналоговые, основанные на процессах, аналогичных в каком-то отношении изучаемому. Между физическими и аналоговыми моделями можно провести границу и такая классификация моделей будет носить условный характер. Еще более сложную картину представляют идеальные модели, неразрывным образом связанные с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Среди идеальных моделей можно выделить интуитивные модели [2], к которым относятся модели создаваемые на основе логики и научной интуиции. Такой метод построения моделей является оправданным, так как он переносит информационную природу человеческого опыта и познания на суть моделей. При этом такая модель является информационной. Можно выделить следующую цепочку связанных моделей: вербальные, математические модели, информационные модели. Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена условно. В рамках информатики как самостоятельной науки выделение класса информационных моделей является целесообразным. Информатика имеет самое непосредственное отношение и к математическим моделям, поскольку они являются основой применения компьютера при решении задач различной природы: математическая модель исследуемого процесса или явления на определенной стадии исследования преобразуется в компьютерную (вычислительную) модель, которая затем превращается в алгоритм и компьютерную программу. В настоящее время накоплен значительный опыт применения разных моделей, включая информационные. Это делает актуальным проведение анализа и систематизации информационных моделей.

Информационные модели

На основе исследования внешнего информационного поля [3, 4, 5] строится его отражение, в котором исследователь создает первичные ин-

формационные модели, отражающие сложную взаимосвязь взаимодействия объектов реального мира с внешним пространством и между собой. Именно они составляют содержательную сторону информации и определяют ее ценность. Переход от информации к информационным ресурсам [6] требует перехода от совокупности данных к совокупности взаимосвязанных информационных моделей. Таким образом, информационная модель может быть рассмотрена как описание или специальным образом формализованная информация. Это определяет различие между информацией и информационной моделью (ИМ). Главная суть различия в том, что ИМ представляет организованную формализованную информацию и для нее известны правила построения и применения, а первичная информация может иметь любые формы представления и любые правила группирования.

В работах [1, 6, 7] дается определение информационной модели. Информационная модель (ИМ) - целенаправленное формализованное отображение существенных характеристик объекта исследования с помощью системы взаимосвязанных, идентифицируемых, информационно определяемых параметров. Можно констатировать, что информационная модель включает: набор параметров, связи между параметрами, правила ее построения, изменения и использования.

Параметры информационной модели, как правило, образуют тематические группы: определяемые и вычисляемые; допустимые и критические; качественные и количественные, управляющие и констатирующие и др. Другим важным отличием информационной модели от произвольной информации является наличие структуры и связей между ее элементами и частями [8, 9]. Эти связи могут быть четкими или нечеткими, но это задает вид модели: четкая или нечеткая. Связи в информационной модели являются причинно-следственными. Это позволяет, изменяя одни параметры, менять другие. Причинно-следственные помогают анализировать содержание информационной модели, связи между ее частями, смысл и семантику. Для информационной модели допустимо понятие инфраструктуры и семантического окружения [10]. Семантическое окружение используют, когда возникает необходимость интерпретации и изучения информационного взаимодействия [11].

Получение знаний с помощью информационных моделей

Одно из главных назначений информационных моделей получение знаний. Выделяют три подхода получения знаний с использованием разных классов информационных моделей. Следует отметить, что человеческий интеллект применяется во всех трех подходах, но в разной степени. Информационная включает человеко-

ориентированную (когнитивную) часть и компьютерно-ориентированную (алгоритмическую) часть. Компьютерно-ориентированные модели получают с использованием трех подходов: человеческого интеллекта, информационного моделирования и искусственного интеллекта.

Первый (когнитивный) подход применим в случае, когда информационные модели, как источники знаний, обозримы и воспринимаемы [12] человеком. В этом случае знание формируется с помощью рассуждений и логических построений.

Второй (информационно-технологический) подход имеет место, когда первоначальные коллекции данных сложны и велики настолько, что исключают их адекватное восприятие и анализ непосредственно человеком. Первый подход в этой информационной ситуации становится неприемлемым. Это происходит, когда велики информационные объемы, когда велико число качественных или количественных характеристик и тогда, когда число связей велико и они образуют сложные для анализа совокупности. В этом случае применяют информационные технологии, которые преобразуют и упрощают исходную информацию в виде вторичных информационных моделей в новый вид, приемлемый для человеческого восприятия. Такой подход можно считать также алгоритмическим, поскольку обработка информации осуществляется по алгоритмам, составленным человеком. При этом решающее слово остается за человеком. Тем не менее, при таком подходе информационная нагрузка на человека существенно снижается по сравнению с первым подходом.

Третий (интеллектуальный) подход применяют, когда первый и второй неприемлемы [13]. Он имеет место, когда исходная информация не только велика по объему для человеческого восприятия, но сложна настолько, что не может быть обработана с использованием информационных технологий и систем. В этом случае прибегают к методам искусственного интеллекта.

Информационная модель многоаспектное понятие и обладает рядом особенностей. Главной особенностью информационных моделей является то, что их основная функций - описательная. Информационная модель в первую очередь информирует о чем-то. Эта описательная функция включает несколько уровней описания: предметный, системный, базовый.

Предметный уровень описания связан с предметной областью объекта исследования [14]. Этот уровень описания не зависит от самого объекта исследований, но зависит от области применения информационной модели.

Системный уровень описания определяется методами и результатами системного анализа объекта исследования как системы. Он зависит от целевого назначения модели, ее основных функций и конкретного использования модели,

но не зависит от области применения информационной модели. В рамках этого описания применяют системный анализ и системное построение модели.

Базовый уровень описания (технический) информационной модели определяется выбором информационных единиц, которые служат основой построения модели. Этот уровень описания слабо зависит от области применения информационной модели, но зависит от метода построения ее структуры, связей и отношений между частями модели.

Вторая особенность информационных моделей в том, что они служат основой интерпретации объекта исследований [15]или моделирования. Еще одной особенностью информационной модели является то, что она служит единицей учета в информационных системах, единицей обмена в информационных технологиях, единицей анализа в системах моделирования. Для построения информационной модели необходимо определить основные понятия, характерные для предметной области объекта исследования.

Основные классы информационных

моделей

На современном этапе информатизации базис информационных ресурсов составляют три класса моделей: информационно-описательные, информационно-ресурсные, интеллектуальные (Рис.1). Все три класса моделей относятся к информационным ресурсам, но имеют различие. Поэтому, говоря об информационных ресурсах, необходимо уточнять какой класс моделей применяется.

Информационно-описательными моделями называют модели, которые построены для описание некого процесса, явления, объекта, сущности, факта и т.д. Модели этого класса выполняют функции описания или информационного сообщения. Эти модели могут быть простыми,

Информационно-ресурсная

Интеллекту альная

Рис.1. Классификация информационных моделей

Описание, ресурсно сть

Описание, ресурсно сть, активность, с амоор ганиз ация

составными и пр. Основные функции этих моделей: описание объекта и хранение информации о нем. Применимость таких моделей определяется сроком пригодности информации, которую они содержат. Они соответствуют определению информации как совокупности сведений, передаваемых письменным или другим способом. Эти модели не всегда типизированы и структурированы. Для информационно-описательных моделей характерны: внутренняя интерпретируемость, структурированность, связность. Внутренняя интерпретируемость достигается использованием тезаурусов или словарей, связанность достигается на основе контекста. Примерами таких моделей могут служить: файл, текстовый документ, речевое сообщение, рисунок и пр. Этот тип моделей хранится в виде архивов.

Информационно-ресурсными моделями называют модели, включающих свойства моделей информационно-описательного класса и обладающих свойствами совершенствования за счет внутреннего ресурса [16]. Это свойство обеспечивает возможность обновления информации, содержащейся в модели при сохранении и улучшении ее свойств.

Основные функции этих моделей: описание объекта, хранение информации о нем, получение дополнительной информации с помощью запросов к хранимой информации. Ресурсность модели - свойство модели, которое заключается в возможности использования накопленной информации для улучшения характеристик модели, например, увеличение ее жизненного цикла [17]. Использование моделей данного класса более длительное, чем моделей описательных. Примером информационно-ресурсных моделей могут быть базы данных, человеческая память.

Для информационно-ресурсных моделей характерны: внутренняя интерпретируемость, структурированность, связность, шкалирование. Внутренняя интерпретируемость, структурированность, связность достигаются построением модели базы данных. Дальнейшим развитием информационно-ресурсной модели является интеллектуальная модель.

Интеллектуальные модели - это модели, которые дополнительно к характеристикам моделей второго класса включают наборы внутренних и внешних правил. Внутренние правила позволяют совершенствовать саму модель. Внешние правила решают задачи существования в окружающем мире и делают модель конкурентоспособной.

Интеллектуальные модели обладают способностью к накоплению информацию, самосовершенствованию и осуществлению действий независимо от субъекта, создавшего эти модели. Интеллектуальные модели являются сильно типизированными и структурированными и когнитивными. Для интеллектуальных моделей характерны следующие признаки внутренняя интерпретируемость, структурированность, связ-

ность, шкалирование, семантическая метрика, наличие активности.

Жизненный цикл (период использования) моделей последнего класса превосходит периоды использования моделей первых двух классов. Примером этих моделей могут быть базы знаний, компьютерные вирусы, модели реакции человека на воздействие внешней среды. Все три класса моделей относят к информационным моделям, поскольку их основой является информация и информационные описания.

Для всех трех классов информационных моделей существует возможность визуализации, то есть представление содержания модели в виде визуального образа [18]. Для всех трех классов информационных моделей существует возможность динамического и статического представления.

Следует отметить значение информационных моделей в образовании [19, 20]. Обучение сопровождается использованием информационных визуальных моделей. В современном образовании широко применяют мультимедийные образовательные технологии [21].

Информационные модели служат основой построения информационных обучающих конструкций, включая тестирование. Применение разнообразных информационных моделей в образовании позволяет строить гибкие траектории обучения [22] и применять методы активного обучения [23].

Дальнейшее развитие представлений информационного моделирования связано с развитием понятия структур и задач, которые могут быть решены на этих структурах. Возможными обобщениями информационных моделей являются циклическая структура, таблица, стек. Очень важную роль играет древовидная информационная модель, являющаяся одной из самых распространенных типов классификационных структур. Эта модель строится на основе связи, отражающей отношение части к целому: «А есть часть М» или «М управляет А». Древовидная связь является связью типа один-ко-многим.

Структуры данных тесно связаны с определенными информационными моделями данных. Примером такой модели является, так называемая, графовая структура. Графовые структуры являются примером визуальных информационных моделей и основой когнитивной графики.

Заключение

Развитие информационных моделей происходит по нескольким направлениям. Выбирая оппозиционные параметры, можно говорить об интеграции и дифференциации. Можно говорить о предметизации и абстракции. Можно выделить активные и пассивные модели и так далее. Интеграция состоит в объединении моделей в единую модель и переносе функциональных свойств частных моделей в интегрированную

модель. Предметизация состоит в создании специализированных информационных моделей отражающих специфику предметной области и специфику задач. Абстракция состоит в создании

моделей абстрагирующихся от реальности. Активные модели создают для активного вовлечения человека в процесс моделирования, например, обучение.

ЛИТЕРАТУРА

1. Цветков В.Я. Модели в информационных технологиях. М.: Макс Пресс, 2006. 104 с.

2. Номоконова О.Ю. Интуиция специалиста как неявное знание // Славянский форум. 2015. № 2(8). С. 216-223.

3. Бондур В.Г. Информационные поля в космических исследованиях // Образовательные ресурсы и технологии. 2015. №2 (10). С. 107-113.

4. Tsvetkov V.Ya. Information field // Life Science Journal. 2014. № 11(5). рр. 551-554.

5. Майоров А.А. Информационные объекты в информационном поле // Образовательные ресурсы и технологии. 2015. № 1(9). С. 66-73.

6. Tsvetkov V. Yа., Matchin V. T. Information Conversion into Information Resources // European Journal of Technology and Design. 2014. Vol.(4). № 2. pp. 92-104.

7. Ожерельева Т. А. Информационные образовательные модели // Перспективы науки и образования. 2014. № 6. С. 53-59.

8. Омельченко А. С. Информационные модели пространственных объектов в геоинформационных системах // Качество, инновации, образование. 2006. № 3. С.14-17.

9. Цветков В.Я. Информационное управление. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 201 с.

10. Чехарин Е.Е. Информационная модель семантического окружения // Перспективы науки и образования. 2014. № 4. С. 20-24.

11. Бахарева Н.А. Информационное взаимодействие в автоматизированных системах мониторинга и кадастра // Славянский форум. 2012. № 1(1). С. 58-62.

12. Tsvetkov V.Ya. Cognitive information models // Life Science Journal. 2014. № 1(4). рр. 468-471.

13. Кужелев П.Д. Интеллектуальное многоцелевое управление // Государственный советник. 2014. № 4. С. 65-68.

14. Зайцева О.В. Онтологическая модель предметной области исследовательской организации // Перспективы науки и образования. 2014. № 1. С. 66-73.

15. Чехарин Е. Е. Интерпретация информационных конструкций // Перспективы науки и образования. 2014. № 6. С. 37-40.

16. Ожерельева Т. А. Ресурсные информационные модели // Перспективы науки и образования. 2015. № 1. С. 39-44.

17. Поляков А.А., Цветков В.Я. Прикладная информатика: Учебно-методическое пособие: В 2-х частях: Часть.1 /Под общ.ред. А.Н. Тихонова. М.: МАКС Пресс, 2008. 788 с.

18. Цветков В.Я. Дистанционное обучение с использованием динамических визуальных моделей // Образовательные ресурсы и технологии. 2015. №2 (10). С. 28-37.

19. Розенберг И.Н. Особенности информационного обучения специалистов // Управление образованием: теория и практика. 2013. № 3. С. 167-172.

20. Розенберг И.Н. Построение автоматизированной системы дистанционного обучения для специалистов // Дистанционное и виртуальное обучение. 2013. № 2. С. 4-8.

21. Болбаков Р.Г. Мультимедийные образовательные технологии // Управление образованием: теория и практика. 2015. № 1 (17). С.156-167.

22. Розенберг И.Н. Обучение по гибкой траектории // Современное дополнительное профессиональное педагогическое образование. 2015. № 1. С. 64-71.

23. Цветков В.Я. Технологии активного обучения // Дистанционное и виртуальное обучение. 2015. № 3. С.14-23.

REFERENCES

1. Tsvetkov V.Ia. Modeli v informatsionnykh tekhnologiiakh [Models in information technologies]. Moscow, Maks Press Publ., 2006. 104 p.

2. Nomokonova O.Iu. The intuition of the specialist as implicit knowledge. Slavianskii forum - Slavic forum, 2015, no. 2(8), pp. 216-223 (in Russian).

3. Bondur V.G. Information field in space research. Obrazovatel'nye resursy i tekhnologii - Education resources and technologies, 2015, no. 2 (10), pp. 107-113 (in Russian).

4. Tsvetkov V.Ya. Information field. Life Science Journal, 2014, no. 11(5), pp. 551-554.

5. Maiorov A.A. Information objects in the information field. Obrazovatel'nye resursy i tekhnologii - Educational resources and technologies, 2015, no. 1(9), pp. 66-73 (in Russian).

6. Tsvetkov V. Ya., Matchin V. T. Information Conversion into Information Resources. European Journal of Technology and Design, 2014, Vol.(4), no. 2, pp. 92-104.

7. Ozherel'eva T. A. Educational Information models. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2014. no. 6, pp. 53-59 (in Russian).

8. Omel'chenko A. S. Information model spatial objects in geographic information systems. Kachestvo, innovatsii, obrazovanie -Quality, innovation, education, 2006, no. 3, pp. 14-17 (in Russian).

9. Tsvetkov V.Ia. Informatsionnoe upravlenie [Information management]. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012. 201 p.

10. Chekharin E.E. Information model semantic environment. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2014, no. 4, pp. 20-24 (in Russian).

11. Bakhareva N.A. Information interaction in automated systems for monitoring and cadastre. Slavianskii forum - Slavic forum, 2012, no. 1(1), pp. 58-62 (in Russian).

12. Tsvetkov V.Ya. Cognitive information models. Life Science Journal, 2014, no. 1(4), pp. 468-471.

13. Kuzhelev P.D. Intelligent multipurpose control. Gosudarstvennyi sovetnik - The State Counsellor, 2014, no. 4, pp. 65-68.

14. Zaitseva O.V. Ontological domain model research organization. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2014, no. 1, pp. 66-73 (in Russian).

15. Chekharin E. E. Interpretation of information structures. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2014, no. 6, pp. 37-40 (in Russian).

16. Ozherel'eva T. A. Resource information models. Perspektivy nauki i obrazovaniia - Perspectives of science and education, 2015. no. 1, pp. 39-44 (in Russian).

Î17. Poliakov A.A., Tsvetkov V.Ia. Prikladnaia informatika: Uchebno-metodicheskoe posobie: V2-kh chastiakh: Chast'.1 /Pod obshch. red. A.N. Tikhonova [Applied computer science: textbook: In 2 parts: Part 1 / Under the General editorship by A. N. Tikhonov]. Moscow, MAKS Press Publ., 2008. 788 p.

18. Tsvetkov V.Ia. e-learning using dynamic visual models. Obrazovatel'nye resursy i tekhnologii - Educational resources and technologies, 2015, no. 2 (10), pp. 28-37 (in Russian).

3-9. Rozenberg I.N. The characteristics of information training. Upravlenie obrazovaniem: teoriiaipraktika- Education Management: theory and practice, 2013, no. 3, pp. 167-172 (in Russian).

20. Rozenberg I.N. The construction of the automated system of distance learning for professionals. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2013, no. 2, pp. 4-8 (in Russian).

21. Bolbakov R.G. Multimedia educational technologies. Upravlenie obrazovaniem: teoriia i praktika - Education Management: theory and practice, 2015, no. 1 (17), pp. 156-167 (in Russian).

E2. Rozenberg I.N. Training in flexible path. Sovremennoe dopolnitel'noe professional'noe pedagogicheskoe obrazovanie - Modern additional professional pedagogical education, 2015, no. 1, pp. 64-71 (in Russian).

23. Tsvetkov V.Ia. Technology active learning. Distantsionnoe i virtual'noe obuchenie - Distance and virtual learning, 2015, no. 3, pp. 14-23.

Информация об авторе

Стоева Дорина Русева

(Болгария, Бургас) Магистрант Бургасский свободный университет E-mail: dorina.stoeva@hotmail.com

Information about the author

Stoeva Dorina Ruseva

(Bulgaria, Burgas) Undergraduate Burgas Free University E-mail: dorina.stoeva@hotmail.com