О РОЛИ ФОРМАЛИЗАЦИИ В ИНФОРМАТИКЕ, ЛОГИКЕ И МОДЕЛИРОВАНИИ
, (*****@***edu. ru)
Белгородский институт развития образования (БелИРО), г. Белгород
Аннотация
Рассмотрена проблема формализации в контексте содержания и методики преподавания теоретических основ информатики и ее таких разделов как логика и моделирование. Проведено уточнение структуры и содержания в рамках модели информационного пространства модели информационного пространства. Приведено описание взаимодействия ее уровней.
Информатика, как фундаментальная наука об информации, базируется на двух ключевых понятиях. Первое из них – алгоритм, т. е. точно определенная процедура, которая при наличии исходных данных может выполняться чисто механически. Для ее выполнения не требуется ни знаний (кроме знания самого алгоритма), ни опыта, ни сообразительности – лишь бы шаги, из которых она состоит, были достаточно элементарными и однозначно понимаемыми. Второе ключевое понятие информатики – формализация. Под формализацией задачи понимается точное описание требований к тому, что следует считать успешным решением задачи, а также условий и ограничений, при которых ее надо решать. Создать алгоритм невозможно, не проведя формализацию. Но не всякая формализация приводит сама по себе к алгоритму.
Под формализацией вообще понимается сведение некоторого содержания к выбранной форме. В процессе познания и обучения субъекты образовательного процесса сталкиваются с формализацией на каждом шагу: формулируются мысли, оформляются отчеты, заполняются всевозможные формуляры и формы, преобразуются необходимые сведения.
Существует несколько видов формализации: прямая репрезентация, естественная и научная. Естественная формализация представляет собой отображение объектов с помощью того или иного естественного языка; научная формализация – с помощью соответствующего формального языка. В процессе научной формализации, с одной стороны, осуществляется более точное и компактное отображение конкретных свойств и отношений, характеризующих ту или иную область исследования, а с другой стороны, используются дополнительные символические средства, позволяющие путем чисто синтаксических (формальных) преобразований получать новое знание об исследуемой предметной области. Особенно важное практическое применение методы формализации имеют в области применения информационных технологий, компьютерного моделирования познавательных процессов человека [1].
В научном познании нередко нельзя не только разрешить, но даже сформулировать и поставить проблемы до тех пор, пока не будут разъяснены и уточнены относящиеся к ним понятия. Так, понятие алгоритма издавна применялось в математике, но только после того, как оно получило точное и строгое определение в 1930-х гг., стало возможным доказательство существования алгоритмически неразрешимых проблем.
Формализация – представление какой-либо содержательной области (рассуждений, доказательств, процедур классификации, поиска информации научной теорий) в виде формальной системы или исчисления. Формализация предполагает усиление роли формальной логики как основания теоретических наук, поскольку в случае формализованных теорий уже нельзя удовлетворяться интуитивным убеждением, что та или иная аргументация согласуется с логическими правилами, усвоенными благодаря так или иначе приобретенной способности к правильному мышлению.
Вместе с тем формализация связана с трудностями и ограничениями принципиального характера. Формализация осуществляется в определенных границах и на каждом ее этапе остается некоторый неформализованный «остаток». Полностью могут быть формализованы лишь элементарные теории с простой логической структурой и небольшим запасом понятий. Если же теория сложна, она принципиально не может быть полностью формализована).
Формализация позволяет систематизировать, уточнить и методологически прояснить содержание теории, выяснить характер взаимосвязи между собой различных ее положений, выявить и сформулировать еще не решенные проблемы. Значение формализации для современной науки существенно определяется проектами «кибернетизации» знания – поиском перехода к машинным методам решения научных проблем, ранее составляющим прерогативу чисто человеческой интеллектуальной деятельности.
Формализация как познавательный прием носит относительный характер: одна и та же теория может быть одновременно и средством формализации, и предметом. Так, традиционная «формальная» логика является формализацией по отношению к совокупности отраженных в ней закономерностей человеческого мышления; по отношению же к своим (аксиоматическим) она выступает в качестве содержательной теории – предмета формализации.
Прежде чем построить модель объекта (явления, процесса), необходимо выделить составляющие его элементы и связи между ними (провести системный анализ) и «перевести» (отобразить) полученную структуру в какую-либо заранее определенную форму – формализовать информацию.
Формализация – это процесс выделения и перевода внутренней структуры предмета, явления или процесса в определенную информационную структуру – форму. Моделирование любой системы невозможно без предварительной формализации. По сути, формализация – это первый и очень важный этап процесса моделирования.
Формализация – это замена реального объекта или процесса его формальным описанием, т. е. его информационной моделью. Построив информационную модель, преподаватель использует ее вместо объекта-оригинала для изучения свойств этого объекта, прогнозирования его поведения и пр.
В контексте моделирования под формализацией будем понимать процесс перевода описания задачи в общем виде (общей формулировки задачи) на язык формального представления, с тем, чтобы создать компьютерную модель и исследовать ее. С точки зрения обработки информации следует определить исходные данные (что необходимо обрабатывать) и описать правила обработки (как обрабатывать).
Исходя из модели информационного пространства Хассана Газири и Элиаса Эуада [2], представляющей собой пирамиду, в контексте нашего исследования можно определить ее слои (уровни): 1) данные; 2) информация; 3) знание; 4) опыт.
Данные – это представление фактов и идей в формализованном виде, пригодном для передачи и использования в информационном процессе. Под информацией в свою очередь понимаются «обработанные» данные, в пригодной для использования форме. По различным определениям, знания – это и информация в конкретном контексте, и осмысленная информация, и информация, которую можно применять несколько раз (не теряющая актуальности). В свою очередь, опыт – основанное на практике чувственно–эмпирическое познание действительности, единство знаний и умений, навыков.
В основе пирамиды располагаются данные, в вершине – опыт. Данных больше, чем опыта. И, соответственно, данные имеют общую грань с информацией, но не пересекаются напрямую со знаниями. Информация, в свою очередь, служит основой для знаний, но не опыта непосредственно.
Существует зависимость программируемости (формализации) указанных элементов от их уровня. Данные наиболее формализуемы, знания – слабоформализуемый тип элементов информационного пространства, а опыт очень трудно поддается формализации. Именно это положение актуализирует необходимость формализации информационного опыта преподавателей, но при этом необходимо ввести ограничение формализации. Не стоит забывать, что распространение неформализованного знания возможно без непосредственной формализации. Формами такого распространения являются лекции, семинары, конференции, форумы и др. В тоже время, внутреннее проговаривание своих действий, как этап формирования умственных действий, также является одним из видов формализации деятельности.
Литература
Философия: Энциклопедический словарь. – М.: Гардарики. Под редакцией . 2004 Elias M. Awad, Hassan M. Ghaziri. Knoweledge Management. Dorling Kindersley: India, New Delhi, 2008. – 481 p.