Uwaga! To tekst z 1997 roku, ma tylko historyczne znaczenie.
Za wszystkie uwagi dotyczące obu książek i stron WWW, zwłaszcza uwagi krytyczne, będę Państwu bardzo zobowiązany. Zdaję sobie sprawę z licznych niedociągnięć prezentowanej książki i mam nadzieję na usunięcie ich w kolejnym wydaniu. Uwagi proszę przysyłać na adres:
Katedra Informatyki Stosowanej UMK, ul. Grudziądzka 5, 87-100
Toruń
e-mail: id: wduch, na serwerze is.umk.pl.
WWW: http://www.is.umk.pl/~duch
Calculi, urządzenia analogowe i cyfrowe
Algorytm, marionetki i androidy, robot, języki algorytmiczne, kryptologia, Enigma (po polsku), ars magna
Leonard Euler, August de Morgan, George Boole;
Logika rozmyta (fuzzy logic) i zbiory rozmyte oraz zbiory przybliżone (rough sets)
Norbert Wiener, Claude Shannon
Napier, Pascal, Schickard, Leibniz, Stern, Babbage, Augusta Ada, Lesli Comrie, Konrad Zuse
Howard Aiken, Mark I Computer; John Atanasoff, ABC; IBM SSEC; Georg Stibitz „The Complex Number Calculator"; John von Neumann i maszyna z Princeton; Maurice Wilkes, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer); J. Mauchly i P. Eckert , EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer); Alan Turing, Collosus, Enigma, ACE; Univac
Generacje 1-6; neurokomputery, biokomputery, komputery optyczne
Od liczydeł do najnowszych komputerów
Od Odry do ośrodków superkomputerowych
Historia
Internetu w Polsce
50 lat informatyki polskiej
Polska Izba Informatyki i Telekomunikacji
Definicja encyklopedyczna głosi:
„Informatyka zajmuje się całokształtem przechowywania, przesyłania,
przetwarzania i interpretowania informacji. Wyróżnia się w niej dwa działy,
dotyczące sprzętu i oprogramowania”.
Większość z tego, co robią informatycy nie bardzo do tej definicji
pasuje.
Nowsza definicja, opracowana w 1989 roku przez ACM, mówi:
„Informatyka to systematyczne badanie procesów algorytmicznych, które
charakteryzują i przetwarzają informację, teoria, analiza, projektowanie,
badanie efektywności, implementacja i zastosowania procesów algorytmicznych.
Podstawowe pytanie informatyki to: co można (efektywnie) zalgorytmizować”.
Zadania algorytmiczne, poprawność, złożoność, efektywność, algorytmy heurystyczne, struktury danych: wektory, tablice, tabele, stosy, kolejki, rekordy, listy, drzewa, grafy; języki programowania, teoria, nauczanie, specyfikacja; procesory, automaty Turinga.
CTI Centres Primary Contacts, lista centrów kompetencji zastosowań komputerów w różnych gałęziach nauki.
Informatyka i zastosowania komputerów.
Rozróżnienie pomiędzy: information sciences, computer science i computational
sciences.
American Society for Information Science
Electronic
Journals for Information Science
Nauka: Martindale's 'The Reference Desk', Frank Potter's Science Gems,
Murray Gell-Mann (Nobel 1969 za teorię kwarków), przemawiając w czasie „Complex Systems Summer School” w Santa Fe, powiedział:
Transformacja społeczeństwa przez rewolucję naukową XIX i XX wieku zostanie wkrótce przyćmiona przez jeszcze dalej idące zmiany, wyrastające z naszych rosnących możliwości zrozumienia złożonych mechanizmów, które leżą w centrum zainteresowania człowieka. Bazą technologiczną tej nowej rewolucji będą niewyobrażalnie potężne komputery razem z narzędziami matematycznymi i eksperymentalnymi oraz oprogramowaniem, które jest niezbędne by zrozumieć układy złożone... Przykładami adaptujących się, złożonych systemów jest ewolucja biologiczna, uczenie się i procesy neuronalne, inteligentne komputery, chemia białek, znaczna część patologii i medycyny, zachowanie się ludzi i ekonomia.
Tego typu zastosowania znajdują się na peryferium zastosowań informatyków, jest to gałąź, która powoli zaczyna przerastać całe drzewo...
Od czasów Platona do późnego średniowiecza metody matematyczne uważane były jako przewyższające metody eksperymentalne, a fizyka doświadczalna była nie do przyjęcia dla poważnych naukowców. To bardzo mocno zaważyło na rozwoju pewnych gałęzi fizyki. Na przykład, prawa swobodnego spadku ciał pod wpływem siły ciężkości zostały niepoprawnie wypowiedziane przez Arystotelesa, który spróbował wyprowadzić je w sposób teoretyczny, a błąd nie został poprawiony przez 2000 lat, dopóki proste obserwacje i doświadczenia Galileusza nie wyjaśniły kwestii i nie rozpoczęły szybkiego rozwoju dynamiki mechanicznej. Gdy tylko przekonano się o ważności badań eksperymentalnych (i gdy poznano jeszcze mocniejsze ograniczenia jakie się stosują do metod czysto matematycznych) osiągnięto bardzo owocny rozwój fizyki w wyniku łączenia tych dwóch metod. Zatem fakt, że nasze wyniki wskazują na nieco mocniejsze ograniczenia czysto matematycznych metod niż to chcieliby widzieć niektórzy matematycy, winien być interpretowany nie jako rezultat negatywny, ale jako wskazanie kierunku rozwoju.
W praktyce dowody przeprowadzone przy pomocy komputera są często znacznie pewniejsze niż dowody klasyczne, w których jest sporo błędów. Przykładem mogą być tablice całek, w których programy do algebry symbolicznej znajdowały od 10 do 25% błędnie podanych całek. Wielce ciekawy aspekt komputerowej matematyki to używanie metod sztucznej inteligencji w dowodzeniu twierdzeń i wysuwaniu hipotez matematycznych.
Jakie odkrycie polskiego matematyka zrobiło największą karierę? W 1946
roku Stanisław Ulam, układając w szpitalu pasjansa, wpadł na pomysł rachunku
Monte Carlo. Jest to metoda uniwersalna, pod warunkiem, że mamy pod ręką
narzędzie które potrafi w ciągu sekundy zbadać miliony przypadkowych możliwości.
Jedynie komputery dają nam takie możliwości.
Fraktale:
lista Yahoo (grafika i muzyka),
Spanky,
Sprott,
obrazki z Holandii,
MathArt Site |
Fractint, najlepszy program do robienia fraktali
We wrześniu 1990 na konferencji w Amsterdamie stwierdzono:
„Fizyka komputerowa to fizyka teoretyczna studiowana metodami eksperymentalnymi”
Steven Wolfram, nazywany przez kolegów w Princeton następcą Einsteina, pracował nad teorią cząstek elementarnych i przyczynił się do rozwoju teorii automatów komórkowych. Jego największym sukcesem jest jednak system algebry symbolicznej Mathematica. Wolfram tak pisze o komputerach w fizyce4:
Lata 80 wspominane będą jako dekada, w której komputery powszechnie wkroczyły do metod nauk fizycznych. W dawnych czasach fizyka była gałęzią filozofii. Za czasów Galileusza nastąpiła rewolucja i fizyka jest nauką doświadczalną. Teraz mamy kolejną rewolucję tj. symulowanie świata przez komputery. Jest to fundamentalna zmiana sposobu myślenia o nauce. Praca nad automatami komórkowymi i fraktalami pokazała, jak proste fizyczne modele prowadzą do niezwykle złożonych zachowań.
W nadchodzących latach zobaczymy związki pomiędzy pytaniami fizycznymi
i teorią obliczeń, fizyka statystyczna pojawi się w projektowaniu systemów
współbieżnych.
Po etapie intensywnego rozwoju teorii i oprogramowania w latach 60. i 70. chemia kwantowa (dział chemii i fizyki teoretycznej zajmujący się matematycznym opisem cząsteczek chemicznych) stała się w latach 80-tych przydatna chemikom doświadczalnikom. Obecnie znacznie jest więcej użytkowników wielkich pakietów programów kwantowochemicznych niż ludzi znających się na metodach wykorzystywanych w tych pakietach. Osiągane dokładności obliczeń własności małych, kilkuatomowych cząsteczek są często na poziomie danych doświadczalnych a można je uzyskać znacznie szybciej. Chemicy komputerowi znacznie lepiej znają się na programach i komputerach niż na robieniu doświadczeń czy rozwijaniu teorii. Istnieją nie tylko pisma dotyczące chemii kwantowej lecz również Journal of Computational Chemistry, czyli pismo chemii obliczeniowej. W sieci komputerowej Internet działa od lat grupa dyskusyjna chemii komputerowej (computational chemistry group).
Modelowanie molekularne, farmakologia kwantowa
Bardzo ciekawe zagadnienia informatyczne związane są z projektem
mapowania ludzkiego genomu. Specjaliści od baz danych oceniają, że problemy
związane z sekwencjonowaniem genomów, wymagające zapisu informacji o miliardach
par nukleotydów to jedno z największych wyzwań, przed którymi stanęli.
Coraz więcej biologów zamiast prowadzić badania doświadczalne korzystać
będzie z baz danych i symulacji komputerowych w biologii i w medycynie.
Przykładem takiego problemu obliczeniowego, gdy już powstanie odpowiednia
baza danych, będzie próba rekonstrukcji drzewa ewolucji.
Ważnym działem biologii komputerowej są symulacje działania komórek
nerwowych jak i fragmentów układu nerwowego, a w szczególności mózgu. Biologia
komputerowa przechodzi tu w komputerową medycynę. Należą do niej symulacje
działania organizmu ludzkiego i zwierzęcego na różnym poziomie, począwszy
od symulacji całych narządów do symulacji cykli biochemicznych pozwalających
śledzić na komputerowym modelu co dzieje się w organizmie z podawanym lekiem
czy innymi substancjami.
Różne odnośniki do lingwistyki, zagadnień związanych z mową i uczeniem się języków.
Różne odnośniki do psychologii i psychiatrii.
Neuronauki kognitywne, czyli jak komputerowe symulacje funkcji mózgu wyjasniają zachowanie.
Mnemonika - książka po polsku
Włoski jezuita, Ojciec Roberto Busa, zgłębiał teologiczne subtelności słowa „obecność” w dziełach Św. Tomasza. Niestety, bardzo często słowo to zastąpione zostało po prostu skrótem „w”, np. „jest w czymś”, pomijając „obecny”. Po latach pracy nad tekstami, zawierającymi 10 milionów słów, Ojciec Busa doszedł do wniosku, że jedynym rozwiązaniem jest stworzenie pełnej konkordancji wszystkich tekstów. W 1949 roku Busa napisał do szefa i założyciela młodej firmy IBM, Thomasa Watsona. W poczekalni zauważył hasło firmy: „Rzeczy trudne załatwiamy od ręki; niemożliwe zajmują nam troszkę dłużej.” Firma IBM obiecała mu pomoc. W kościele w pobliżu Mediolanu zainstalowano kilka dziurkarek kart perforowanych, czytnik kart i drukarkę a później również komputer. Każda pomyłka w wpisywaniu danych wymagała drukowania kart od nowa. Trwało to przez 18 lat, do roku 1967! Przez następne 13 lat Ojciec Busa sortował i przygotowywał do druku konkordancję. W sumie projekt ten trwał ponad 30 lat, wymagał 1.8 miliona godzin pracy ludzkiej i 10 tysięcy godzin pracy komputera, a jego rezultatem było 60-tomowe dzieło, zawierające 70 tysięcy stron!
Stylometria, czyli badanie stylu literackiego metodami ilościowymi, powstała jeszcze przed epoką szerokich zastosowań komputerów, jednak dopiero dzięki wprowadzeniu nowych, komputerowych metod klasyfikacji i pełnej dostępności tekstów w formie elektronicznej dziedzina ta mogła się w pełni rozwinąć. Dzięki stylometrii można rozstrzygnąć sporne kwestie dotyczące autorstwa dzieł literackich, np. na początku lat 90-tych rozstrzygnięcia doczekała się kwestia autorstwa ostatniego z dzieł przypisywanych Szekspirowi (The two noble kinsmen), napisanego wspólnie z Johnem Fletcherem. Niektóre z rozdziałów (pierwszy i piąty) okazały się w całości być dziełem Szekspira, rozdział drugi jest autorstwa Fletchera, a trzeci i czwarty w różnych proporcjach nosi cechy stylu obu autorów.
Bardziej ambitne zastosowania komputerów w naukach prawniczych zmierzają
do wprowadzenia metod sztucznej inteligencji do wyszukiwania informacji
na podstawie opisów, które wymagają głębszej analizy (rozumienia pytania,
a nie tylko szukania słów kluczowych), do wyszukiwania sprzeczności wewnętrznych
w danym zbiorze przepisów itp.
Czy nauki komputerowe nie powinny pozostać działami poszczególnych nauk? I tak i nie. Tak, gdyż wymagają one kształcenia w zasadniczych kierunkach, z których wyrastają, w naturalny sposób wyodrębniając się z tych kierunków, jak to się stało z chemią komputerową. Nie, bo ludzie mają w nich wspólny język i można kształcić w znacznym stopniu tak samo ekonomistów, biologów, chemików i fizyków: programowanie, analiza numeryczna, techniki wizualizacji danych, symulacji, modelowania, nienumeryczne metody komputerowe. Często łatwiej porozumieć się chemikowi komputerowemu z fizykiem czy ekonomistą robiącym symulacje ekonometryczne niż z chemikiem analitykiem czy biochemikiem. Nauki komputerowe to nietrywialne, a więc wykraczające poza elementarne wiadomości, zastosowania komputerów w tych dziedzinach. Poza tym do nauk obliczeniowych należą podejścia interdyscyplinarne, które nigdzie nie pasują.
Czy nie są to działy informatyki? W pewnym sensie tak, jest to informatyka stosowana w różnych naukach, a cała informatyka jest gałęzią matematyki. Taki dział nie wyrasta jednak z badań w już istniejących instytutach informatyki. Programy nauczania informatyki nie są dostosowane do potrzeb w tych dziedzinach. Jeśli któraś z gałęzi zaczyna przerastać całe drzewo to czas już chyba na jej odłączenie... Nauki komputerowe to część matematyki stosowanej w takim samym sensie jak wszystkie teoretyczne nauki ścisłe, np. fizyka teoretyczna, są częścią matematyki stosowanej. Z punktu widzenia matematyki prawie nigdy nie jest to nic nowego, z punktu widzenia nauk przyrodniczych może to być wielki postęp. Nauki przyrodnicze próbują bowiem opisać świat w coraz bardziej szczegółowy sposób. Udało się zebrać sporo danych, np. zawartych w roczniku statystycznym, ale zrozumienie tych danych wymaga stworzenia modeli, a modele teoretyczne są zbyt proste by opisać rzeczywistość. Wielkie opisywanie świata dopiero się zaczęło a pojawienie się komputerów pozwala nam na dokonanie wielkiego postępu na każdym etapie tego procesu.
Do czego na przykład zaliczyć grafikę komputerową? Artyści korzystają jedynie z narzędzi i niepotrzebna im informatyka, ale jest też cała grupa ludzi - a potrzeba ich coraz więcej - posiadająca głęboką wiedzę o matematycznym modelowaniu rzeczywistości, psychologii percepcji, teksturach fraktalnych, znających się na animacji a jednocześnie obdarzonych artystycznym talentem. Im bardziej wyrafinowane narzędzia dają artystom do dyspozycji producenci oprogramowania tym głębszej trzeba wiedzy by je udoskonalić.
Co zrobiono, by ustalić tożsamość tych nowych gałęzi nauk? Mamy zatrzęsienie
pism z „komputer” w tytule, konferencje na przeróżne komputerowe tematy,
ale niewielu specjalistów skłonnych jest jeszcze przyznać, że jest to istotnie
„trzecia siła” w nauce. Nowych nauk nie można jednak zdefiniować, powoli
nabierają one tożsamości w miarę jak pojawia się grupa specjalistów zaczynająca
pracować nad podobnymi tematami używając podobnych metod, zakładając pisma
i organizując konferencje.
Jest rzeczą coraz wyraźniej widoczną, że zrozumienie złożonych systemów wymagać będzie wspierających się nawzajem badań, prowadzonych przez specjalistów reprezentujących szerokie spektrum, od matematyki i nauk przyrodniczych do nauk humanistycznych. Społeczeństwo musi znaleźć sposoby, by pielęgnować to niezbędne zbliżenie się różnych dyscyplin naukowych i innych ważnych czynników. Istniejące obecnie instytucje akademickie nie są dobrze przygotowane by podołać tym naglącym potrzebom.
Pojawianie się symulacji komputerowych jako nowego sposobu rozwiązywania zagadnień wymaga dostosowania programów nauczania. Zmiany powinny sięgać bardzo głęboko. Geoffrey Fox porównuje obliczanie do tak fundamentalnych umiejętności jak czytanie, pisanie czy arytmetyka, umiejętności których posiadanie jest podstawą wszelkiego działania w świecie współczesnym. Powstaje więc problem, jak nauczać takiego podejścia do nauki.
Instytut Modelowania Matematycznego i Komputerowego
Computational Science Education Project, backup, oraz kopie w Vanderbilt University, Giessen, Edynburgu to książka do nauk komputerowych opracowana wspólnie przez wielu ekspertów.
Chociaż z punktu widzenia kosztów obliczeń opłaca się inwestować w sprzęt
typu roboczych stacji ośrodki superkomputerowe spełniają bardzo ważną rolę
jednoczącą środowisko badaczy z różnych dziedzin.
National Coordination Office
for Computing, Information, and Communications i ich lista
zasobów do obliczeń na wielką skalę
NSF MetaCenter - 5 ośrodków superkomputerowych:
NCSA's Multimedia
Online Expo, "Science for the Millennium."
David Harel, Rzecz o istocie informatyki (Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 1992) - Bardzo dobry wstęp do „prawdziwej” informatyki.
H.W. Roetzheim, Laboratorium złożoności (Intersofland, Warszawa 1994) - Eksperymenty komputerowe z fraktalami, galaktykami, genetyka
Ellen Thro, Sztuczne życie, zestaw narzędzi badacza (SAMS Publishing, 1994) - Eksperymenty komputerowe z genetyką, ekosystemami i sztucznymi żyjątkami.
Richard Dawkins, Ślepy Zegarmistrz (PIW, W-wa 1994) - Opisuje eksperymenty komputerowe z modelowaniem ewolucji genetycznej.
Internet. Komputer. Cyfrowa Rewolucja, książka on-line, autor Piotr J. Durka