Модели информационных процессов, основанные на методе алгебраического агрегирования

При исследовании информационных процессов с информацией всегда связывают три понятия (их взаимосвязь показана на рис. 4.4): источник информации — элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом исследования; потребитель информации — элемент окружающего мира, который использует информацию; сигнал — материальный носитель, который фиксирует информацию для переноса ее от источника к потребителю и код, в форме которого информация передается.

Рис. 4.4. Процесс передачи сигнала.

При моделировании процессов передачи информации следует иметь в виду рассмотренные в гл. 1 свойства информации, и в частности, учитывать, что она переносится в пространстве с помощью носителей различной физической природы (звуковые, световые, радиоволны, магнитные диски, ленты, бумажные носители и т. п.) и передается в виде отдельных сообщений, которые могут тиражироваться без существенных энергетических затрат.

При этом применяют кодирующее и декодирующее устройства. В процессе передачи информация может теряться и искажаться: помехи или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. Существует наука, разрабатывающая способы защиты информации — криптология.

Канаты передачи сообщений характеризуются пропускной способностью и помехозащищенностью. Каналы делятся на симплексные, с передачей информации только в одну сторону (телевидение), и дуплексные, по которым возможно передавать информацию в оба направления (телефон, телеграф и др.). По канату может одновременно передаваться несколько сообщений. Каждое из этих сообщений выделяется (отделяется от других) с помощью специальных фильтров. Например, возможна фильтрация по частоте передаваемых сообщений, как это делается в радиоканалах. Пропускная способность канала определяется максимальным количеством символов, передаваемых по нему в отсутствии помех. Эта характеристика зависит от физических свойств канала. Для повышения помехозащищенности канала используются специальные методы передачи сообщений, уменьшающие влияние шумов.

В начальный период развития теории информации и исследования информационных процессов достаточно широкое применение получили модели, теоретической основой которых являлся один из методов математики — метод алгебраического агрегирования, являющийся методом построения моделей, одинаковых по форме, но допускающих различную степень детализации.

Построение агрегированных моделей на множествах элементов реализует подход, основанный на анализе «пространства состояний», рассмотренный в предыдущей гл. 3. Термин «агрегирование» противопоставлялся термину «дезагрегирование» подобно терминам «композиция» — «декомпозиция» .

Целью агрегирования может быть уменьшение числа компонентов, вводимых в математическую модель, уменьшение размерностей, углубление анализа некоторых свойств системы (например, устойчивости, помехозащищенности и т. п.) и характера взаимодействия системы с внешней средой (см., например, в [10]).

Наряду с алгебраическим агрегированием применялись модели, основанные на вероятностном агрегировании.

Примером построения агрегированных моделей являются модели, основанные на принципе формально заданного «черного ящика», под которым понимают любое преобразующее устройство, если его внутреннее строение и функционирование не учитывается, а исследуются только выходные реакции на входные воздействия.

Например, в моделях массового обслуживания конкретные физические процессы обслуживания не исследуются, а учитываются только временные затраты, связанные с организацией обслуживания.

Важным при переходе от моделей элементов к агрегированным моделям является изменение параметров, определяющих состояние системы, и число учитываемых состояний. При анализе компонент моделируемого процесса можно учитывать макропараметры, например типа спектральных состояний сигнала, характеристик элементов принципиальных радиоэлектронных схем, значения внешних воздействий. По мере объединения элементов осуществлялся переход от макропараметров к обобщенным характеристикам. Вместо детального анализа процессов функционирования переходили к учету продолжительности выполнения этапов преобразования, к оценке вероятности сохранения параметров в установленных пределах и т. д.

При агрегативном моделировании начальный этап исследования базировался на формализованном задании элементов системы, алгоритмов их функционирования, параметров состояний, входных и выходных сигналов. В последующем для отображения учитываемых элементов, параметров, алгоритмов на начальном этапе моделирования использовались теоретико-множественные представления, а по мере углубления анализа формализованным отображениям постепенно придавался более формальный физический и математический смысл.

В последующем для моделирования информационных процессов стали применяться идеи и средства математической логики, математической лингвистики, разрабатываться языки моделирования.