Тема 3: Информационное моделирование

 

 

Тема 3: Информационное моделирование

 Модель — это объект, который обладает существенными свойствами другого объекта, процесса или явления и используется вместо него.

Моделирование — это создание и исследование моделей с целью их изучения.

По природе модели делятся на материальные и информационные. Материальные модели обычно представляют собой физическое или предметное представление объекта. Например, архитектор, чтобы представить заказчику здание, сначала строит его уменьшенную копию. Для нас же более интересней рассмотреть именно информационные модели.

Информационные модели — это информация о свойствах оригиналах и его связях с внешним миром.

Среди таких моделей можно выделить вербальные, то есть представленные в виде слов и описаний и знаковые, то есть представленные в виде схем, карт, формул, чертежей.

Еще информационные модели можно различать по фактору времени. Статистические, то есть те, в которых интересующие нас свойства не изменяются со временем, и динамические — это модели, которые описывают движение, развитие.

Сами динамические модели могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные модели — это модели, которые описывают поведение оригинала только в отдельные промежутки времени. Непрерывными моделями называются модели, описывающие поведение оригинала для всех промежутков времени.

По характеру связей выделяются детерминированные и стохастические. Детерминированные модели описывают четкую связь между исходными данными и результатом, в стохастических же моделях учитываются случайные события.

При моделировании всегда возникает вопрос: «Можно ли верить полученным результата?» Для этого проверяется свойство модели — АДЕКВАТНОСТЬ.

Адекватность — это совпадение существенных свойств модели и оригинала в рассматриваемой задаче. Доказать адекватность модели можно только в сравнении с оригиналом.

Для этого проверяется:

— не противоречит ли результат моделирования выводам теории,

— подтверждается ли результат моделирования результатами эксперимента.

Таким образом, любое моделирование должно соответствовать следующей схеме.

Такое моделирование позволяет:

1.                  Существенно расширить круг исследуемых объектов.

2.                  Исследовать процессы и явления, при необходимости ускорять или замедлять процесс.

3.                  Находить оптимальное соотношение затрат.

4.                  Проводить эксперименты без риска негативных последствий.

5.                  Визуализировать полученные результаты.

Между данными, используемыми в той или иной информационной модели, всегда существует некоторые связи, определяющие ту или иную структуру данных.

 

Граф является многосвязной структурой, обладающей следующими свойствами:

— на каждый элемент может быть произвольное количество ссылок;

— каждый элемент может иметь связь с любым количеством элементов;

— каждая связка может иметь направление и вес.

Направленная (без стрелки) линия, соединяющая вершины графа, называется ребром.

Линия направленная (со стрелкой) называется дугой.

Граф называется неориентированным, если его вершины соединены ребрами.

Граф называется ориентированным, если его вершины соединены дугами.

Граф называется взвешенным, если его вершины или ребра характеризуются некоторой дополнительной информацией — весами вершин или ребер.

Оформляют таблица в соответствии с ГОСТ 2.105-95 «ЕСКД».

Таблицы могут быть следующими типами:

«Объект — свойство», содержащими информацию о свойствах отдельных объектов, принадлежащих одному классу.

«Объект — объект», содержащими информацию о некотором одном свойстве пар объектов, принадлежащих одному или разным классам.

Давайте рассмотрим, пожалуй, самую известную головоломку, придуманную аж в XVIII веке, и захватившую умы человечества на многие годы. Называется она задача о семи Кёнигсбергских мостах. В Кёнигсберге начиная с XIV было построено 7 мостов: Медовый мост, Лавочный мост, Зелёный мост, Рабочий мост, Кузнечный мост, Деревянный мост и Высокий мост, соединяющий остров и полуострова в единый город. Тогда и возникла головоломка: «Как пройти по всем мостам, не проходя ни по одному дважды?»

Десятилетиям жители города пытались решить эту задачу как практически (гуляя по городу), так и теоретически.

И только Леонард Эйлер, введя новое понятие — ГРАФ, смог решить ее раз и навсегда.

Граф — абстрактный математический объект, представляющий собой множество вершин графа (обозначены красным цветом) и набор рёбер (обозначены синим), то есть соединений между парами вершин. При этом каждое ребро представляет собой отношение двух вершин.

Графы делятся на:

— Неориентированные и ориентированные (когда движение по ребру возможно только в одну сторону).

— Взвешенными (когда у вершины или у ребра есть вес, отличающий его от другого) и невзвешенный.

— И другие более сложные графы (мультиграф, псевдограф, изоморфный граф и другие).

Эйлер установил, что:

1. Число нечётных вершин (вершин, к которым ведёт нечётное число рёбер) графа должно быть чётно или не может существовать граф, который имел бы нечётное число нечётных вершин.

2. Если все вершины графа чётные, то можно, не отрывая карандаша от бумаги, начертить граф, при этом можно начинать с любой вершины графа и завершить его в той же вершине.

3. Граф с более чем двумя нечётными вершинами невозможно начертить одним росчерком.

ВЫВОД: пройти только один раз по каждому мосту невозможно.

Графы находят широкое применение во многих сферах нашей жизни. Например, с их помощью можно планировать оптимальные транспортные маршруты, упростить решение математических задач, визуализировать решения компьютерных программ, визуализировать различную информацию (схема метро, карта звездного неба и т. д.).

Очень часто для решения задач требуется найти кратчайший путь между двумя вершинами.

Кратчайшим путем мы будем называть путь, если: эти вершины соединены минимальным числом ребер (в случае, если граф невзвешенный); сумма ребер, соединяющих эти вершины, минимальна (для взвешенного графа).

Существует огромное количество алгоритмов, находящих кратчайший путь и один из них — это алгоритм Дейсктры.

Алгоритм заключается в том, что надо пошагово перебрать все вершины графа, вычеркивая их, которые будут являются известным минимальным расстоянием от вершины «начала» до конкретной вершины.

Для примера возьмем следующий взвешенный ориентированный граф и попытаемся найти кратчайший путь от вершины A до F. Пошагово переберём все вершины графа, вычеркивая их, которые будут являются известным минимальным расстоянием от вершины «начала» до конкретной вершины.

Первым шагом: присвоим вершине А метку равную 0, потому как эта вершина — начало. Остальным вершинам присвоим метки равные бесконечности.

Вторым шагом: выберем не вычеркнутую вершину, вес которой является минимальным («источник»). Сейчас это вершина А. Вычисляем сумму веса вершины источника и веса ребра

То есть для:

B=0+2=2

C=0+5

D=0+7

F=0+10.

Если она окажется меньше веса вершины приемника, то изменим вес этой вершины.

Третьим шагом: вычеркнем вершину-«источник».

Повторим шаги 1, 2, 3 до тех пор, пока не будут вычеркнуты все вершины.

Еще один способом нахождения кратчайшего пути может служить «метод динамического программирования».

Пусть дан некоторый лабиринт, соединяющий комнаты в виде графа. При этом заходя в каждую комнату, нужно заплатить пошлину. Необходимо пройти по нему от точки А до точки В, потратив наименьшее количество денег.

Составим таблицу, в которой каждая ячейка будет соответствовать определенной ячейке. Числа в ячейках будут равны минимальному числу пошлины, которое можно получить, пройдя от начала (A) до соответствующей клетки.

 

Тема 2. Основы социальной информатики

 

Тема 2. Основы социальной информатики

1.      Информационное общество, информационные ресурсы, информационный продукт, информационная услуга.

2.      Защита информации и информационная безопасность

 Гл.5 Стр. 228-254 https://profspo.ru/reader/book/132467

 

Блог Шахбановой М.И.  по информатике

 

1.      Информационное общество, информационные ресурсы, информационный продукт, информационная услуга.

 

Социальная информатика— это    наука,   изучающая    комплекс проблем,   связанных   с   информационными   процессами   в   обществе  (социуме

В современном обществе имеется огромное количество компьютеров и вообще разнообразной информационной техники (телефоны, телевизоры, факсы и пр.). Появляется множество профессий, связанных с поиском, хранением, преобразованием информации. Информация становится определяющим ресурсом экономического и общественного развития. Ошибочно информатизация понимается исключительно лишь как процесс внедрения современных компьютерных, информационных технологий в жизнь человека и общества на базе новейшей компьютерной, телекоммуникационной техники и Интернета. В чем же суть и смысл процесса информатизации? Информатизация — это процесс овладения информацией как ресурсом управления и развития с помощью средств информатики с целью создания информационного общества и на этой основе — дальнейшего продолжения прогресса цивилизации.

Информационное общество — новая историческая фаза развития цивилизации, в которой главными продуктами производства являются информация и знания.

Основные черты информационного общества:

1.                  Увеличение роли информации и знаний в жизни общества.

2.                  Возрастание числа людей, занятых в сфере информационных и коммуникационных технологий.

3.                  Рост доли информационных продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте.

4.                  Широкомасштабное использование ИКТ во всех сферах социально-экономической, политической и культурной жизни общества.

5.                  Создание глобального информационного пространства.

6.                  Развитие информационной экономики, электронного правительства, электронных социальных сетей и др.

Настоящее время — это период, характеризующийся небывалым ростом объема информационных потоков. Это относится как к экономике, так и к социальной сфере. Информация является решающим фактором, определяющим развитие технологии и ресурсов в целом. Рыночные отношения предъявляют повышенные требования к своевременности, достоверности, полноте информации. Одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие «информационные ресурсы».

Совокупность всей информации, накопленной человечеством в процессе развития науки, культуры, образования и практической деятельности людей, называют информационными ресурсами.

Информационным ресурсом может быть файл, документ, веб-сайт, фотография, видеофрагмент. Информационный ресурс — данные в любом виде, которые можно многократно использовать для решения проблем пользователей. Государственные информационные ресурсы используются для решения задач государственного управления, обеспечения прав и безопасности граждан, поддержки социально-экономического развития страны, развития культуры, науки, образования и т. д. Информация, содержащаяся в государственных информационных системах, подчиняется федеральному закону «Об информации, информационных технологиях и о защите информации».

Информационные ресурсы общества можно рассматривать как знания, накопленные человечеством и материализованные в виде документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, произведений искусства, литературы и науки.

Информационные ресурсы можно классифицировать следующим образом:

— Библиотечные ресурсы.

— Архивные ресурсы.

— Научно-техническая информация. 

— Правовая информация и информация государственных структур.

— Отраслевая информация.

— Финансовая и экономическая информация.

— Информация о природных ресурсах и т. д.

Информационные ресурсы признаются одним из важнейших видов ресурсов в любой стране. В наиболее развитых странах они являются объектом особого внимания.

Сейчас активно идет процесс снижения ценности материального продукта, но повышается ценность информации. В современном обществе информация становится ценным продуктом.

Информационный продукт — информация всех видов, программные продукты, базы данных, представленные в форме товара, т. е. созданные с целью продажи за деньги или обмена на другие продукты.

Информационные продукты распространяются посредством информационных услуг.

Информационная услуга — это действия людей и организаций, направленные на получение и предоставление в распоряжение пользователя информационных продуктов.

Информационные услуги бывают различного вида, например: поиск и подбор информации. Различные кадровые агентства оказывают услуги по подбору персонала. К информационным услугам можно отнести деятельность различных учебных центров, рекламных агентств, разработку программ и веб-сайтов.

Как и при использовании традиционных видов ресурсов и продуктов, люди должны знать: где находятся информационные ресурсы, сколько они стоят, кто ими владеет, кто в них нуждается, насколько они доступны. Ответы на эти вопросы можно получить, если существует рынок информационных продуктов и услуг.

Рынок информационных продуктов и услуг (информационный рынок) — система экономических, правовых и организационных отношений по торговле продуктами интеллектуального труда на коммерческой основе.

В пространстве информационного рынка можно выделить пять секторов:

• научно-техническая продукция в виде проектных, технологических, методических разработок по разным отраслям;

• объекты художественной культуры в виде текстовой, визуальной и аудиопродукции;

• услуги образования: все виды обучения;

• управленческие данные и сообщения: политическая и хозяйственная информация, статистические данные, данные о рыночной ситуации, рекламные сообщения, оценки и рекомендации по принятию решений;

• бытовая информация: сообщения общего характера, сведения о потребительском рынке, сведения о рынке труда.

По мере продвижения к информационному обществу всё большие возможности, связанные с использованием информационных и коммуникационных технологий, появляются в сфере образования: оснащение школ мультимедийным компьютерным оборудованием и цифровыми лабораториями кабинетов физики, химии, биологии; формирование в школах медиацентров; подключение школ к сети Интернет; использование на уроках и в домашних условиях цифровых образовательных ресурсов; использование отдельных приложений для автоматизации административных функций: учет кадров, ведение штатного расписания школы, использование в подготовке расписания занятий, обмен документами с вышестоящими органами управления образованием. Все эти процессы указывают на формирование в образовательных учреждениях информационно-образовательной среды.

 Всё чаще в обучении используются электронные образовательные ресурсы, которые обеспечивают:

— моделирование и визуализацию информации об изучаемых объектах;

— интерактивное взаимодействие пользователя и средства ИКТ;

— хранение больших объёмов информации с возможностью лёгкого доступа к ним;

— автоматизацию процессов вычислительной, информационно-поисковой деятельности, а также обработки результатов учебного эксперимента с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента;

— автоматизацию организационного управления учебной деятельностью и контроля результатов усвоения;

— информационное взаимодействие между участниками образовательного процесса с помощью локальных и глобальной компьютерных сетей.

 

2.Защита информации и информационная безопасность

 

Информационная безопасность— защищённость   информации   и поддерживающей  инфраструктуры  информационной  системы  от  слу­чайных  или  преднамеренных  воздействий  естественного  или  искус­ственного   характера,   способных   нанести   ущерб   субъектам   инфор­мационных   отношений   (владельцам   и   пользователям   информации) в  рамках  данной  информационной  системы.

Информационная   безопасность   достигается   обеспечением   доступности,   целостности   и   конфиденциальности   обрабатываемых данных,   а   также   доступности   и   целостности   информационных компонентов  и  ресурсов  системы.

Доступность  информации— это  состояние  информации,  при котором  субъекты,  имеющие  права  доступа,  могут  реализовывать их   беспрепятственно   и   в   течение   приемлемого   времени.   К   правам  доступа  относятся:  право  на  чтение,  изменение,  копирование, уничтожение  информации,  а  также  права  на  изменение,  использование,  уничтожение  ресурсов.

Целостность  информации— это  свойство  информации  сохранять   свои   структуру   и/или   содержание   в   процессе   передачи   и хранения.  Целостность  информации  обеспечивается  в  том  случае, если   данные   в   системе   не   отличаются   в   смысловом   отношении от  данных  в  исходных  документах,  т.е. если  не  произошло  их случайного  или  намеренного  искажения,  или  разрушения.

Конфиденциальность   информации— это   статус,   предоставленный   информации   или   данным   и   определяющий   требуемую степень  их  защиты.  К  конфиденциальным  данным  можно  отнести,  например,  личную  информацию  пользователей,  учётные  за-писи   (имена   и   пароли),   данные   о   кредитных   картах,   данные   о разработках  и  различные  внутренние  документы,  бухгалтерские сведения.  Конфиденциальная  информация  должна  быть  известна только   допущенным   и   прошедшим   проверку   (авторизованным) субъектам  системы  (пользователям,  процессам,  программам).  Для остальных  субъектов  системы  это  информация  должна  быть  не-доступна.

Совокупность  официальных  взглядов  на  цели,  задачи,  принципы    и    основные    направления    обеспечения    информационной безопасности представлены  в Доктрине информационной безопасности Российской Федерации,  согласно  которой  под  информационной   безопасностью   Российской   Федерации   понимается   состояние  защищённости  её  национальных  интересов  в  информационной сфере,  определяющихся  совокупностью  сбалансированных  интересов  личности,  общества  и  государства.

Защита информации— деятельность,  направленная  на  предотвра­щение  утечки  защищаемой  информации,  несанкционированных  и  не­преднамеренных  воздействий  на  защищаемую  информацию1)

Утечка   информации   (её   неконтролируемое   распространение) происходила  во  все  времена.  Многие  реальные  эпизоды,  связан-ные  с  утечкой  информации  или  её  предотвращением,  положены в  основу  кинофильмов  о  спецслужбах.  С  развитием  информационных  и  коммуникационных  технологий  ещё  одним  каналом  утечки информации  стали  компьютерные  сети.

Различают  несанкционированное  и  непреднамеренное  воздействие  на  информацию.

Несанкционированным  является  воздействие  на  защищаемую информацию  с  нарушением  установленных  прав  и  (или)  правил доступа,  приводящее  к  утечке,  искажению,  подделке,  уничтожению,   блокированию   доступа   к   информации,   а   также   к   утрате, уничтожению  или  сбою  функционирования  носителя  информации. Такого  рода  воздействие  на  информацию  или  ресурсы  информационной  системы  может  осуществляться  с  помощью  вредоносных программ  (вирусов)