Художественная культура и искусство Курс лекций по истории искусства Теория машин и механизмов Математический анализ Электротехника и электроника Расчеты электрических цепей Начертательная геометрия Примеры выполнения заданий
контрольной работы
Лекции и задачи по физике Компьютерная  безопасность Информационные системы Получение электрической энергии Атомная физика
Информационные системы Технологии программирования Прогноз развития информационных технологий Мультимедийные технологии Телекоммуникационные технологии Технологии баз данных Геоинформационные системы

Прогноз развития информационных технологий

Информационная технология в различных вариантах уже произвела радикальные изменения в мировом сообществе, но мы еще только начинаем ощущать их последствия. Волоконная оптика во многих частях мира настолько снизит стоимость телекоммуникаций, что пользование ими станет практически бесплатным. Разумеется, ввод информации в стекловолоконные «магистрали» и передача ее от выхода до потребителя останется беспроводной.

Благодаря низкой стоимости телекоммуникаций будет продолжаться радикальное изменение нашей трудовой сферы – где и как мы трудимся, как ведем свой бизнес. Это приведет к появлению электронной коммерции и создаст новую систему взаимоотношений в обществе, которые могут осложнить проблемы равенства и privacy. Ответы на такие вопросы в значительной мере будут зависеть от того, как коммуникационные сети и новый тип взаимоотношений будут организованы технически и как они будут регулироваться. По мере того, как будет возрастать экономическое значение информационных технологий, правительство, несомненно, будет пытаться сделать их источником государственных доходов. По оценке специалистов, по мере удешевления телекоммуникаций важные технологические нововведения и связанные с ними возможности будут лежать не столько в области совершенствования самих сетей, сколько в тех областях, которые они, в конечном счете, обслуживают.

Другое, уже реализуемое, направление развития информационных технологий – это увеличение возможностей и быстрого действия компьютеров одновременно с сокращением их размеров. Важнейшим следствием является то обстоятельство, что всякий раз, когда мы увеличиваем емкость памяти и быстродействие на один-два порядка, мы получаем возможность включить новые общественные проблемы в число регулируемых в реальном масштабе времени. Традиционно, решая какой-либо вопрос, мы сначала его анализируем, затем обобщаем данные, приходим к некоторым выводам и предлагаем изменения, проводим их в жизнь и начинаем весь цикл сначала. Цикл занимает примерно год. Способность осуществлять управление в реальном масштабе времени потенциально может превратить любую управляемую систему, так сказать, в непрерывный эксперимент с «открытыми» ответами. И дело тут не просто в технической «элегантности». Поскольку мир становится все более сложным, высшие руководители государства или бизнеса оказываются не в состоянии принимать решения, адекватные состоянию управляемых систем на данный момент времени. Так как управлять все же нужно, то «непрерывное экспериментирование с открытыми ответами» представляется дорогой альтернативой принятию определенных, жестких и зачастую неверных решений.

Любой объект, если снабдить его собственными датчиками, микропроцессорами и командоаппаратами, становится «смарт» (smart), т. е. «умным и ловким» или обретает внутренние «умные» свойства, как обстоит дело с очками-хамелеонами. По мере того как объекты «умнеют» с помощью информационных технологий, они оказываются в состоянии выполнить три функции: оценивать свою собственную работу и состояние, оценивать внешние условия и, если либо одно, либо другое оказывается не в порядке, начинать процесс «починки» или подавать сигнал о помощи. Следующим логическим шагом является объединение подобных объектов в единую систему для более эффективного (и часто дистанционного) управления. Расстояние уже сегодня практически роли не играет.

Например, инженеры, занимающиеся расфасовкой пищевых продуктов, могут войти в единую систему с инженерами, разрабатывающими кухонную аппаратуру, сделать и то, и другое «смарт» и интерактивными. Результатом совместных действий будет сокращение времени приготовления пищи на несколько минут, возможность программировать этот процесс в соответствии со вкусами потребителя и сократить до минимума время на мытье «посуды», уборку и обслуживание аппаратуры.

Аналогичных примеров множество. Много пишут об интеллектуальных домах с автоматическим управлением всеми параметрами воздуха, обнаружением утечек воздуха и воды, защитой от непрошеных гостей и т. д. Но сочетание новых материаловедческих и информационных технологий позволяет пойти дальше, возникает совершенно новая инженерная парадигма строительства, исторически все сооружения работали либо на сжатие, либо на растяжение. В недалеком будущем можно будет видеть строения с «весом пера» и опорной структурой, сделанной из материалов (композитов) с заданными свойствами, да еще и годными для вторичной переработки. Когда здание будет строиться, оно будет опутано сетью стальных тросов, соединенных с моторами. Наружные и внутренние датчики будут определять напряжение в несущих конструкциях и, соответственно, подтягивать или ослаблять тросы. Сооружение обретает динамику, способность реагировать на окружающие условия. Можно представить себе и следующий шаг. Коль скоро сооружение становится динамичным, его конструкция может предусматривать разборку и перенос на другое место, возможность делать его больше или меньше, выше или ниже. По сути, думать о новых высоких качествах («smartness») означает взять любой элемент (устройство, деталь, систему) нашего мира и задаться вопросом: каков он будет, если ему придать три упомянутые выше функции, определяющие высококачественность?

Ныне быстро достигают паритета с компьютерами и телекоммуникациями различные формы изображения вплоть до виртуальной реальности. Последнее, с помощью прочих видов «искусственного интеллекта» или без него, породит драматичные технические последствия, особенно в области обучения и тренинга. Система сможет достичь трех целей – триады, которую не удавалось осуществить в истории человечества: соединить содержание материала, которое мы хотим передать обучаемому с точным пониманием того, что он или она знает на данный момент и с той стратегией обучения, которая для него оптимальна: визуальной, звуковой и т. д. Вся система будет непрерывно оптимизироваться, создавая наилучшие условия для обучения. Задачи, которые решались годами, будут решаться за недели или максимум месяцы, а то, на что уходили месяцы, потребует дни. Кроме того, при таком подходе соответственно своим возможностям будут учиться 100 % учеников и усваивать 100 % учебного материала. Уровень знаний резко повысится, что безусловно отразится на жизненном пути, интересах и карьере получивших такое образование.

Принципиально меняется техника проектирования. Буквально все, от консервного ножа до комплексного завода, предварительно «проигрывается» и испытывается на компьютере, прежде чем обретает физическую плоть. Это относится не только к механическим системам, но и к химии, вплоть до молекулярного уровня, и к физике, ко всем областям науки. Компьютеры и соответствующие устройства отображения будут динамичны, трехмерны и мультимедийны. В конце концов, это повлияет не только на качество нашего мышления, но и на сами способы мышления, культивируя многомерные, динамичные и картинные мыслительные процессы.

По сути, неограниченное множество приложений может возникнуть в результате комбинаций информационных технологий с другими технологиями. Улучшение процесса сбора, анализа данных, планирования, испытания и оценки создают хорошую базу для макроинжениринга, для объективной, качественной и всесторонней оценки проектов планетарного масштаба – типа поворота сибирских рек, для орошения среднеазиатских пустынь, привязки антарктических айсбергов к западному побережью Южной Америки, предотвращения крупных землетрясений.

Еще одно важное направление – развитие автомагистралей, в конечном счете, способных взять автомобиль под контроль от включения зажигания и до прибытия в пункт назначения, управлять транспортными потоками, исключить аварии.

Коатес Дж. приводит перечень технологических достижений, которые, по его мнению, будут иметь место в ближайшие десятилетия.

1. Планетарный инжениринг, т. е. сброс отходов человеческой жизнедеятельности в мантию Земли.

2. Транспортировка айсбергов для орошения безводных районов.

3. Добыча полезных ископаемых со дна океана.

4. Изготовление продукции на полностью автоматизированных интегрированных производственных комплексах, так что рука человека ни разу не касается изделия за весь цикл производства.

5. Компьютеризированные системы автомобиль – скоростная магистраль.

6. Интегрированные в масштабах континента системы водоснабжения.

7. Пассажирские автомобили с пробегом 100 миль на галлон бензина.

8. Производство долговечной, пригодной к переналадке и к вторичной переработке продукции.

9. Организация ранчо и ферм в океане.

10. Безопасные атомные электростанции.

11. Широкое применение биопротезирования и пересадки органов в медицине и ветеринарии.

12. Развитие «технологий мозга».

13. Автоматические сельскохозяйственные и животноводческие производства.

14. Роботы на улицах.

15. Генная диагностика, терапия и улучшение способностей.

16. Интеллектуальные сооружения.

17. Динамичные сооружения.

18. Качество «смарт» у всех устройств, деталей и систем.

19. Технология модификации погоды.

20. Предотвращение землетрясений.

21. «Потребителизация» продукции, соответствие ее вкусам и требованиям каждого отдельного потребителя.

22. Автоматизация проектирования и компьютерное моделирование изделий.

23. Автоматизированные кухни.

24. Совершенная эргономика конструкций.

25. Более широкое использование подземного пространства.

26. Наноразмерные изделия и системы.

27. Роботы-сиделки, роботы-прислуги.

28. Космическая орбитальная станция.

29. Создание искусственных крупномасштабных рельефов.

Перспективы развития информационных технологий в России

Редакционная коллегия журнала «Информационные технологии» систематически обсуждает различные проблемы, направления и перспективы развития информационных технологий в России и в мире (№ 1, 1999). Рассмотрим основные.

По мнению профессора К.К. Колина, в последние годы в фундаментальной науке все более четко просматривается ряд перспективных направлений научных исследований, в которых уже получены принципиально новые результаты, дающие основание прогнозировать новый этап развития науки. Можно ожидать, что в ближайшие годы на основе результатов этих исследований будут пересмотрены многие современные представления об устройстве мира и сформирована новая научная парадигма. В числе вышеуказанных направлений, прежде всего, необходимо отметить следующие: исследования свойств физического вакуума; квантовая физика; квантовая генетика; общая физиология; синергетика; общая теория информации и информационных процессов в природе и обществе.

Многие из этих направлений науки связаны с новыми представлениями о природе информации как о всеобщем свойстве материи, которое является таким же фундаментальным проявлением реальности, как вещество и энергия. К.К. Колин говорит о начале совершенно нового этапа развития фундаментальной науки, который будет характеризоваться формированием и все более широким распространением нового фундаментального метода научного познания, который получил название информационного подхода.

Информационный подход органически дополняет уже существующие в науке и широко используемые методы системного и синергетического подходов. При этом он создает новые возможности для изучения в информационном ракурсе разнообразных явлений в природе и обществе, а также для изучения живой и неживой природы и, наконец, природы самого человека. Методологическая сущность информационного подхода заключается в том, что при изучении любого объекта, процесса или явления в природе и обществе в первую очередь выявляются и анализируются их информационные аспекты. При этом часто удается выяснить такие, ранее не замеченные свойства этих процессов или явлений, которые, оказываются принципиально важными для понимания глубинной сущности этих явлений, а также тенденций и закономерностей их дальнейшего развития. Он помогает исследователю быстрее выявить главные причины развития многих явлений природы, в глубине которых, как правило, оказываются скрытыми информационные процессы.

Таким образом, информационный подход активно содействует формированию вполне определенной философской позиции ученого, которая предполагает признание им весьма важного научного вывода о том, что окружающий нас мир оказался существенно более информационным, чем это было принято считать ранее.

Главный редактор журнала «Информационные технологии» проф. И. П. Норенков выделяет следующие направления:

В XXI веке человечеству предстоит решать постепенно обостряющиеся экологические, энергетические, социальные проблемы. Шансы на их успешное решение, как и других имеющихся сложных проблем проектирования и управления, связаны с применением ИТ, т.е. технологий, позволяющих прогнозировать развитие процессов на базе их математического моделирования и рекомендующих соответствующие решения. Комплексность и сложность моделей и методов в подобной интеллектуальной системе, ориентированной на цепочку «моделирование–прогнозирование–принятие решений», очевидна. Эта интеллектуальная система может стать регулирующим центром, распределяющим ограниченные ресурсы. И работать она будет в интересах тех групп людей, корпораций или стран, которые сумели создать реализованные в ней ИТ. Поэтому актуально уже сейчас формулировать задачи соответствующей стратегической инициативы, т. е. ориентироваться на создание элементов будущей интеллектуальной системы для моделирования, прогнозирования и принятия решений по глобальным экологическим, энергетическим, производственным, социальным проблемам, так как это в будущем станет вопросом национального выживания.

Директор Российского НИИ искусственного интеллекта РАН А.С. Нариньяни рассматривает различные направления развития ИТ на новейших достижениях искусственного интеллекта (ИИ).

В оценке ближайшей перспективы интеллектуальных информационных технологий (ИИТ) он опирается на возможности развития трех измерений общей картины:

1) развитие аппарата знаний – ядра направлений, относимых к области искусственного интеллекта;

2) влияние перспективы развития этого аппарата на интеллектуализацию информационных технологий;

3) новые поколения приложений, определяемые прогрессом 1) и 2).

Развитие аппарата знаний. За сорок лет развития аппарата знаний (A3) не все его составляющие преодолели порог естественного отбора. Например, нечеткая математика и логическое программирование все более теряют свои позиции «в искусственном интеллекте», переходя на его периферию. Семантические сети, фреймы и продукционные правила подтвердили свое право на жизнь в качестве базовых компонентов общего A3, хотя продукционные правила начинает вытеснять мультиагентная архитектура, реализующая асинхронное и децентрализованное общество автономных активных объектов.

А.С. Нариньяни выделяет еще один – стратегический горизонт использования аппарата знаний – это термин НЕ-факторы для обозначения комплекса свойств, характерных для человеческой системы знаний о реальном мире, но плохо представленных в формальных системах (неполнота, неточность, недоопределенность, некорректность и мн. др., в основном не только не изученных, но даже еще не открытых). НЕ-факторы образуют нечто вроде периодической системы элементов будущего аппарата знаний в модели реального мира.

Недоопределенность в настоящее время довольно основательно исследована, что привело к созданию технологии недоопределенных моделей. В то же время остальные НЕ-факторы, тесно связанные между собой и играющие не менее важную роль в приложениях, остаются практически не разработанными или вообще не известными. Представляется, что изучение прагматики отдельных НЕ-факторов, создание адекватных формальных аппаратов и организация их в единый комплекс сыграет для ИИТ не менее революционную роль, чем переход от алхимии к современной химии.

Развитие аппарата знаний оказывает постоянное влияние на формирование новых поколений информационных технологий от базового уровня до средств интеллектуализации. Здесь А.С. Нариньяни рассматривает следующие тенденции.

Конец эпохи алгоритма. Алгоритм с самого начала был основой программирования для компьютеров фон-Неймановской архитектуры. Однако, в течение последних 30 лет постоянно велись разработки альтернативных способов организации вычислительного процесса, в основном, связанные с исследованиями в области искусственного интеллекта и параллельного программирования для многопроцессорных систем. Качественный прогресс в решении этой проблемы обеспечили аппарат недоопределенных моделей и последние работы в области программирования в ограничениях, поскольку они строятся на децентрализованном, асинхронном, максимально параллельном управляемом по данным процессе вычислений. В качестве следующего шага этой революции возможен переход к управлению на основе событий, значительно повышающему уровень ассоциативного аппарата, организующего процесс управления по данным.

Технология активных объектов. Ключевым в перестройке всей информационной технологии в последние два десятилетия стало развитие объектно-ориентированного подхода. Однако, пока этот подход определил лишь фундамент будущей технологий, оставляя прежним алгоритмический характер управления процессом ее выполнения. Тем временем развитие управления по данным и далее управления на основе событий формирует следующее поколение ИИТ на основе автономных активных объектов, интегрирующих мультиагентную архитектуру, методы программирования в ограничениях и аппарат недоопределенных моделей.

Модели, а не Алгоритмы. Использование новой парадигмы ИИТ, ориентированной на модель, и прямое взаимодействие с нею во многих классах приложений доказывает свои преимущества уже сейчас. Ее принципиальное превосходство станет в ближайшие годы очевидным как благодаря ее дальнейшему развитию, так и все более широкому внедрению в массовые ИТ.

Параллельность. Нерешенность проблемы распараллеливания императивных программ уже два десятилетия образует непреодолимый барьер на пути широкого распространения многопроцессорных систем. За этот период software и hardware поменялись местами: уровень автоматизации проектирования аппаратных средств и стоимость элементной базы позволяют производить компьютеры с любым числом процессоров, однако адаптация современных и разработка новых программных продуктов остается задачей, решаемой только специалистами самого высокого класса и то лишь в некоторых частных случаях. В новой парадигме ИИТ параллельность перестает быть проблемой, а становится естественным свойством любой программной системы.

Компьютер не фон-Неймановской архитектуры. Реализация параллельной парадигмы потребует фундаментальной перестройки фон-Неймановской архитектуры современных машин. Управление по данным (а в перспективе – на основе событий) радикально меняет саму организацию вычислительного процесса, делая его децентрализованным и не зависящим от числа процессоров.

По мнению А.С. Нариньяни, складывается перспектива потрясения «незыблемых основ» ИТ: алгоритм, фон-Неймановская архитектура, детерминированный и последовательный процесс навсегда уходят в историю, уступая место модели, мультиагентности и ассоциативно самоорганизующемуся недетерминированному параллельному процессу.

Следующее направление, рассмотренное А.С. Нариньяни, – приложения нового поколения.

Экономика и финансы. Естественной задачей компьютерной экономики является разработка моделей, адекватно описывающих связи и соотношения экономических параметров. Однако, использование расчетов требует от специалистов заботиться не столько о сходстве модели с оригиналом, сколько об ее адаптации к возможностям вычислительных методов. С формированием новой парадигмы традиционный барьер между «натуральным» и «виртуальным» моделированием будет становиться все более прозрачным как для экономики, так и для финансов, где возможность решать оптимизационные, обратные, регрессионные задачи на реальных моделях с реальными – недоопределенными – параметрами означает несравнимо более высокое качество тактических и стратегических решений.

Ресурсно-календарное планирование. Недоопределенные модели обеспечивают скачок качества и в этом, ключевом для автоматизации менеджмента, секторе прикладных продуктов. Временной график перестает быть жестким и детерминированным, превращаясь в коридор, позволяющий маневрировать по ресурсам и срокам в процессе выполнения плана. Временные и ресурсные параметры входят на равных в единую вычислительную модель, а разработка и оптимизация плана становятся несравнимо более простыми и эффективными. При изменении временной шкалы (часы, минуты, секунды...) этот аппарат способен обеспечивать управление сложными объектами и производственными процессами, технологиями двойного применения и другими областями приложений.

Активные объектно-ориентированные СУБД. Переход от реляционных СУБД к объектно-ориентированным существенно запаздывает по сравнению с прогнозами начала 90-х годов. Это связано как с инерцией эволюции крупных баз данных, так и с трудностями развития самого объектно-ориентированного подхода на основе традиционного императивного управления. Внедрение управления по данным позволит превращать современную СУБД реляционного типа в интеллектуальную активную объектно-ориентированную систему следующего поколения. Мощный виртуальный процессор обеспечит пользователю взаимодействие со сложными данными, объединяющими сотни таблиц и тысячи автономных функций, реализующих вычисления и проверку целостности информации, возможность использования неполных и неточных данных и др.

САПР и АСУ. Для этого сектора прикладных систем переход от алгоритма к модели радикально расширяет масштаб и технологию решения задач. Создав модель объекта проектирования, разработчик конкретной САПР получает возможность решать любые расчетные задачи, связанные с конструированием продуктов соответствующего типа. Не менее принципиальным будет влияние новой парадигмы ИИТ на перестройку функций систем комплексного управления предприятием, причем это связано не только с качественным ростом его основных составляющих – САПР, СУБД, ресурсно-календарного и финансового планирования, но и со всеми преимуществами децентрализованной архитектуры.

Естественный язык и голос. Этот сектор не имеет непосредственного отношения к тем компонентам нового этапа развития ИИТ, о которых говорилось выше. Однако он прямо связан с ближайшей перспективой самих ИИТ. Почти тридцать лет проблема понимания ЕЯ-текста компьютером находилась в тупике, поскольку упорно опиралась на базис «традиционной» синтаксически-ориентированной парадигмы. Однако в последнее десятилетие и здесь происходит «смена вех»: проблема ЕЯ-интерфейса для баз данных практически решена на основе семантически-ориентированного подхода, который начинает доказывать возможность и автоматического понимания текста в ограниченной предметной области.

Одновременно становится все более широким спектр приложений технологии распознавания голоса. Пока это направление ориентируется на чисто «фонетический» подход, повторяя ошибку, аналогичную «синтаксическим» методам анализа текста. Только интеграция фонетического распознавания и семантически-ориентированного анализа текста может раз и навсегда решить проблему массового ЕЯ-интерфейса с машиной: понимание текста позволит на порядки повысить качество средств voice recognition, а переход от уровня печатного текста к разговорной речи сделает взаимодействие с компьютером на естественном языке по-настоящему естественным.

Перспективы развития прикладных интеллектуальных систем А.С. Нариньяни также связывает и с другими важными прикладными направлениями, такими как интеллектуализация Internet, мощные гетерогенные экспертные системы, datamining, интеллектуальная индексация больших текстов, динамические модели, виртуальная реальность и мн. др.

Контрольные вопросы

Как базовые информационные технологии применяются в современной библиотеке?

Приведите примеры прикладных и предметных информационных технологий, использующихся в деятельности библиотеки, музейном деле, в сфере образования.

Какие технические и технологические разработки могут служить иллюстрацией современных тенденций развития информационных технологий?

Какие направления развития информационных технологий, по вашему мнению, являются наиболее перспективными? Ответ обоснуйте.

Эффективное управление предприятием в современных условиях невозможно без использования компьютерных технологий. Правильный выбор программного продукта и фирмы-разработчика - это первый и определяющий этап автоматизации бухгалтерского учета. В настоящее время проблема выбора информационной системы (ИС) из специфической задачи превращается в стандартную процедуру. В этом смысле российские предприятия сильно уступают зарубежным конкурентам. Иностранные предприятия, как правило, имеют опыт модернизации и внедрения не одного поколения ИС. В развитых западных странах происходит смена уже четвертого поколения ИС. На российских предприятиях зачастую используют системы первого или второго поколения.
Технологии искусственного интеллект