Систематика информационных процессов

Из цикла «Системный анализ»

Инварианту

1. Шеннон
    Всем, кому интересна эта необъятная тема. С какой стороны ни посмотришь на феномен информации, всегда оказывается, что видишь только часть общей картины, и всегда находится противоположная точка зрения. Есть Информация – и Информация: абстрактный смысл – и конкретная форма; есть волна – и частица. Есть информационная среда – и есть информационный процесс. Нравится это кому-то или нет, но среда распространения информационного сигнала – тоже информационная. И с определенной точки зрения, сам сигнал – возмущение этой среды; а информационный процесс (распространение сигнала) происходит из-за ее стремления вернуться в состояние равновесия. Но есть и другая точка зрения, диаметрально противоположная, в центре внимания которой находится сигнал.
    Поэтому в «Философии информационных сред» мы затронули лишь краешек основной идеи Шеннона, который трактовал термодинамику именно сигнала. Но он сам позаботился о том, чтобы его идеи воспринимались связно и нераздельно, опубликовав совместно с У. Уивером схему информационного процесса («диаграмма Шеннона – Уивера»). Вот она:
… – ИСТОЧНИК – КОДЕР – КАНАЛ СВЯЗИ – ДЕКОДЕР – ПРИЕМНИК  – …
    На эту схему остается только наложить цели, для которых предназначена его теория. Информация для Шеннона – это материальное явление: формальная система знаков (кодов) на материальном носителе – «текст». Он решал задачу сохранения этих знаков на их собственных местах: как передавать ее с минимальными искажениями, которые привносятся физической средой? И поэтому совершенно не интересовался смыслом передаваемого сигнала – только формой и ее сохранением при трансляции на большие расстояния. Измеряется у него эта информация в битах, которые, как мы знаем, не отражают никакого смыслового (семантического) содержания. Она информативна только для устройства Декодера, который восстанавливает «текст» для его использования Приемником.   

    Для понимания информационных процессов схема Шеннона важнее, чем технические идеи, которые он в ней подразумевал. (Так всегда бывает.) Но уделим внимание и идеям, они это заслужили. Люди моего поколения помнят, с какими искажениями и трудностями принимался сигнал для наших черно-белых телевизоров. Высоко поднятые антенны ловили передачу непосредственно из эфира, а приемники как могли отсеивали шумы. Но если вы думаете, что современные аппараты чем-то принципиально отличаются от тогдашних, вы ошибаетесь. Принципиально изменилось качество сигнала – поэтому и телеприемники стали другими, более совершенными; у них появились новые возможности. Но это результат развития не электроники, а информатики. Идея Шеннона работала уже здесь, в древних «Таурасах», «Рекордах» и «Вёснах», но работала пока слабо, и основную задачу решала пока еще электроника. А вот в радиоприемниках первой половины ХХ века эта идея работала вместе с электроникой – но без всякого Шеннона… Сейчас объясню.
    Идея состоит в том, чтобы при трансляции упаковать информационный сигнал в другой – бессодержательный, но более устойчивый и… грубый, что ли – а затем в приемниках устранить этот транспортный сигнал (который, допуская вольность речи, мы и посейчас называем «несущей частотой»). По образному выражению одного из читателей,  в канале связи информация транспортируется, как елочные игрушки, упакованные в вату. Эта «вата»  у Шеннона называется «корректирующими кодами», которые являются информационным аналогом несущей частоты в радиосвязи.
    Исключительная заслуга Шеннона состоит в том, что он установил: кроме инженерных, «физических» способов защиты информации существуют еще сугубо информационные, не зависящие ни от какого «железа» и гораздо более эффективные. Его доклад  («меморандум»), опубликованный в историческом 1948 году, был (в первой редакции) составлен тремя годами ранее, сразу после окончания Второй мировой, во время которой ученый работал в Белл Лаборатори над проблемами шифровки и дешифровки секретной информации. Смысл этого (первого) доклада в том, что секретные службы могут кричать о своих тайнах на весь мир, включив радиотрансляторы на полную мощность. Все равно враг ничего не услышит, кроме шума. А содержательная информация – точная и достоверная – окажется у того, у кого надо; у кого Приемник снабжен Декодером с соответствующей кодовой таблицей. «Абсолютный шифр – существует».
    Это открытие выходит далеко за пределы интересов спецслужб – поэтому «меморандум» и был опубликован, хоть и в другой редакции.  Но в рамки теории связи оно тоже не вмещается. Как мы знаем, информация неотделима от материальных носителей, а значит, и диссипирует (рассеивается в окружающей среде) вместе с материалом носителя. Все традиционные методы сохранения данных от разлагающего влияния среды (начиная с Розетского камня и пресловутых глиняных табличек Вавилона) основаны на прочности этого материала, и исчерпали свои возможности по признаку объема. Образно говоря, во всем мире не хватит глины, чтобы сохранить данные матричной памяти одного приличного компьютера… Для многих юзеров, вероятно (сужу по себе), будет открытием, что файлы наших ПК сжимаются архиваторами вовсе не для того, чтобы освободить место на диске. А для того, чтобы сохранить информацию вопреки растворению этого диска в окружающей среде(*). Излишество, говорите? Ну, может, для юзеров и излишество – потому они редко и пользуются архиваторами, и правильно. На этом примере видно, что идея Шеннона выходит за пределы и коммуникации; она касается всех видов носителей информации, сохраняющих ее в пространстве и времени, всех видов информационного процесса. Возможно это ключ к самому понятию информации.

2. Винер
    А теперь давайте уделим толику самого пристального внимания самим мелким деталям схемы Шеннона: маленьким точкам по краям. Что они значат? Невозможно нарисовать прямую на странице школьной тетради – только отрезок, который мысленно продолжается в обе бесконечности. Включаем воображение. Откуда берется сигнал в Источнике? Откуда ж еще, если не от Декодера слева. Куда направляется сигнал Приемника? Куда же еще, если не за пределы системы – естественно, через свой Кодер. Потому что любой Приемник информации является также и ее Источником – по самому определению информации как движущегося смысла; за который отвечает как раз Источник – он же и Приемник, только другой. Так что в пентаграмматоне Шеннона – Уивера одно звено лишнее: Приемник – это Источник следующей такой же схемы. Ну, или, если хотите, Источник – это Приемник предыдущей схемы, которая повторяется бесконечно. По смыслу информации как бесконечного потока. И слева и справа от «диаграммы Шеннона – Уивера» как вы ее видите в тексте, повторяется та же «диаграмма». В том же порядке составляющих узлов, повторяется бесконечное число раз.
    Такая линейная схема информационного процесса полностью противоречит стохастическому подходу Шеннона (это ведь луч! поток частиц) – зато полностью соответствует той области, которой он посвятил свою теорию – «релейным коммуникациям»; то есть, связи, проще говоря. Шеннон, повторяю, строил термодинамику сигнала – но не среды. Сама же идея и концепция «информационного пространства» (среды) возникла вследствие применения этой теории и под ее влиянием. В результате защиты информационного сигнала при транспортировке с помощью «корректирующих кодов» («ваты»), расстояние между Источником и Приемником, – которое  в этом пространстве измеряется не в физических величинах (километрах), а в размерах искажений на пути между ними, – это расстояние сведено к минимуму. Благодаря инженерным технологиям; в первую очередь – информационным.
    Я скажу, читатель, что вам напоминает эта схема: знакомую с детства игру в «испорченный телефон»; и Шеннон позаботился о том, чтобы информация портилась где угодно – только не в его зоне ответственности в окрестностях Канала связи. А где? Пора возвращаться к винеровой схеме информационной системы:
… – ВВОД – ЧЕРНЫЙ ЯЩИК – ВЫВОД – …
    (И мы уже знаем, что означают точки по краям.) На первый взгляд, это та же схема, что у Шеннона – с точностью до терминологии. «Ввод» и «Вывод» – это те же «Декодер» и «Кодер», А Черный Ящик – это тот же «Источник/Приемник». Позвольте, а куда делся «Канал связи»? Правильно, для Винера его не существовало. И в этом тоже он был антагонистом Шеннона: информацию он воспринимал абстрактно, видел в ней только движущийся смысл (логику) – но не ее знаковую форму. В расчете на то, что кто-нибудь (например, Шеннон) позаботится о сохранности этого смысла при передаче информации от одного Черного Ящика к другому.
    И надо сказать, что это взаимно. (Комплементарная парочка.) Нельзя сказать, что Шеннон совсем уж игнорировал ЧЯ как звено информационного процесса. На приведенной выше схеме обозначены (возможно, под влиянием Уивера(**)) и Источник, и Приемник – но только обозначены, как потребители услуг связи. Теория релейных коммуникаций никак не трактовала их работу – и как раз потому, что это была работа со смыслом информации; смыслом, который Шеннон в упор не видел.
    И который был в центре внимания Винера. Какие он находил подходы в борьбе с «порчей» смыслов, мы хорошо знаем по его собственному названию этих подходов: «Кибернетика». Каждый его Черный Ящик (а это и есть «Приемник/Источник» по Шеннону) интерпретировал поступающую информацию по-своему, в соответствии со своей персональной «функцией». В самом общем виде, в нее, в эту функцию, входило: принять информацию-вопрос от Декодера, сформировать информацию-ответ и направить ее Кодеру для вывода из системы. Ничего иного за понятием «интерпретации» не стоит.

3. Тетраграмматон
    Давайте теперь посмотрим, что у них получается в результате совместного творчества. Если учесть и формальные, и смысловые аспекты информации, согласовать терминологию и помнить, что Черный Ящик = Приемник/Источник интерпретирует смыслы, считать, что Вывод = Кодер наносит эти смыслы на материальные носители для передачи сквозь пространство и время, а Ввод =Декодер считывает их, получаем такую схему информационного процесса:
… –Декодер – ЧЯ – Кодер – Канал связи – Декодер – ЧЯ – Кодер – Канал связи –Декодер – ЧЯ – Кодер – Канал связи – Декодер – ЧЯ – Кодер – Канал связи – …
    Конечно, Шеннон и Винер по-разному делили эту цепочку на триады информационных систем; конечно, классическая ИС ЧЯ Винера (Декодер – ЧЯ – Кодер) куда как иначе воспринимается, чем ИС «Канал связи» Шеннона (Кодер – Канал связи – Декодер) – такая же классическая. Но обе они – фрагменты одного и того же, самого общего, информационного процесса. И из всего великого разнообразия информационных систем можно выделить еще лишь два типа, которые кардинально отличаются от классических (и друг от друга): ИС «Декодер» (Канал связи – Декодер – ЧЯ) и ИС «Кодер» (ЧЯ – Кодер – Канал связи). Любая точка зрения на информационный процесс определяется тем, что в центре ее внимания находится тот или другой из этих четырех типов ИС; и все разногласия, все противоречия взглядов на информацию сводятся к различию между этими типами.

    Читатель, верно, заметил, что мы именуем ИС по названию ее центрального звена; действительно, именно оно определяет функцию системы. Но система определяется не только функцией. К примеру, функция ИС «Канал связи» всегда одна и та же, тривиальная: сохранение всех знаков (а значит, и смыслов) на своих местах. Она совсем не обрабатывает информацию; напротив – предназначена для ее сохранения в неизменности. Однако же, посмотрите, какое разнообразие каналов коммуникации: визуальные, акустические, электромагнитные, семантические, невербальные, искусственные, естественные; какое множество их видов и подвидов в самых различных сочетаниях. И это все различия существенные – потому что передаваемая информация очевидно зависит от способа передачи. В чем же существо этих различий с точки зрения информатики? Ответ лежит на поверхности: различие транспортных кодов – неизбежно идентичных на вводе и выводе канала связи.
    Суть и сущность каждой информационной системы зависит от ее входящих и исходящих кодов. Я прошу иметь в виду это обстоятельство, когда мы будем обсуждать, в чем суть и сущность двух вот тех самых «неклассических» типов ИС, о которых говорилось выше. Их отличает как раз то, что их коды ввода и вывода не просто не симметричны (как у Шеннона и Винера), а просто-напросто противоположны, асимметричны: смысловые против формальных – или наоборот. Поэтому такие ИС не могут участвовать в симметричных информационных обменах, которые мы привычно называем «коммуникацией». И, напротив. они охотно идут на несимметричный обмен ресурсами, обычно приводящий к ускоренному развитию обеих сторон.
    Функцией ИС «Кодер» (ЧЯ – Кодер – Канал связи) является «упаковка» информации в (на) какой-либо индифферентный (не имеющий собственной информации) носитель с целью сохранения этой информации. Если взять в качестве «Ввода» такой ИС человеческий разум (например!), то саму ИС «Кодер» можно смело считать неким обобщенным инструментом человеческой деятельности; а на «Выводе» принимать артефакты человеческой культуры и цивилизации, в которых овеществлен осмысленный труд людей. Тогда ИС «Декодер» (Канал связи – Декодер – ЧЯ) участвует в обратном процессе: считывания информации с носителей и ее «осмыслении» (что бы это ни значило – в каждом конкретном, зависящем от кодов, случае). В частности, если ЧЯ на выводе такой ИС имеет человеческие коды, то она – некоторый инструмент познания.
    Человеческий разум на месте ЧЯ – это типовой, стандартный способ привести пример информационной системы. Конечно, как говорил Одиссей, возможны варианты. Но независимо от конкретной формы, оба «неклассических» типа ИС – процессоры. В том смысле, что они (почти) лишены матричной памяти и пользуются (это определяется их функцией) оперативной – своими кодовыми таблицами…

    В «Философии информационных сред» мы уделили внимание и динамике сигнала, существенно отвлекаясь от темы публикации. Напрашивается прекрасная возможность вернуть средам этот долг В своем неуемном стремлении «понять – значит упростить» информационные процессы автор утрировал их схему до совершенно примитивного состояния; и, акцентируя роль информационных кодов, вернул ей только ту внутреннюю сложность, которые вкладывали авторы схем, особенно Уивер. Внешняя геометрия информационного процесса остается пока до неприличия линейной. Пришло время снять еще один «корректирующий код» с нашей темы.
    Автор сознательно утрировал, отождествляя «Ввод» и «Вывод» Винера с «Декодером» и «Кодером» Шеннона. Достаточно сказать, что у Винера они многоканальны – чтобы сразу снять томную одномерность модели. ЧЯ получает информацию от многих источников – и транслирует свои отклики на нее тоже по многим каналам, приспосабливаясь к их транспортным кодам.
    Разумеется, такую схему нельзя нарисовать на странице – хоть бумажной, хоть электронной. Классическая системология представляет себе систему (в т.ч., информационную) как множество узлов (тоже подсистем), подвешенных в некоем геометрическом пространстве и соединенных направленными связями. Если это геометрическое пространство отжать из воображения как избыточную сущность, остается плотная среда, заполненная только лишь системами, тесно связанными друг с другом через Декодер/Кодер с идентичными таблицами – причем каждой такой информационной связи соответствует канал связи в физическом пространстве.

4. Корректирующие коды
    К счастью, отжимать геометрию из воображения пока преждевременно; потому что, (повторяю) к счастью, искажения информации при ее передаче через пространство и время пока неизбежны. И расстояния между узлами ИС Ноосфера – измеряемые, как мы помним. этими искажениями, – пока остаются. К счастью.
    Никто не может знать пределов эффективности информационных методик борьбы со Вторым началом термодинамики. Но (широко понимаемая) архивация файлов информационными системами типа «Кодер» – только одна сторона применения этих методик. Совсем по-другому вопрос эффективности выглядит применительно к работе ИС типа «Декодер».
    Системный анализ обязан своим существованием категорическому «Нет!» в качестве ответа на этот вопрос. «Абсолютный шифр – невозможен» – что бы там ни говорил Шеннон в своем «меморандуме». Это вопрос философский, он не для инженера или даже математика: невозможен любой абсолют. Из информационного хаоса вокруг нас можно извлечь любую информацию – независимо от того, направлял ли нам ее кто-нибудь или нет, кодировал или нет. Коды для этого нужны только Приемнику, и зависят они только от той информации, которую тот затребовал. Тогда никаких секретов в мире просто не существует, их невозможно сохранить – ни людям, ни Природе. Дело за пустяком: надо знать «истинные имена».
    Любой процесс, любое явление может выглядеть совершенно по-разному – в зависимости от того, какими словами мы пользуемся для его описания: химическими, физическими, биологическими, психологическими, социальными… Для науки все это очевидно, но это касается не только науки… уже не только науки. Это другой – системный – способ мышления, который предполагает умение (подчеркиваю) сознательно управлять окном своего внимания на уровне базовых кодов – не только семантических, но и образных. Это вопрос свободы – свободы личности в информационную эпоху.

2019

Примечания:
(*)На этот счет есть и другое мнение.
Инвариант: Хороший архиватор (такой как WinRar, например) позволяет использование корректирующих кодов (по умолчанию, опция отключена), но это, разумеется, не основная его функция.
Ник: А основная, – все-таки, борьба за объем? А то, что программа называется «архиватором» – простое совпадение? 
Инвариант: Архиватор - это программа, объединяющая несколько файлов в один (tarball - "библиотеку"). С упаковкой это не связано вовсе. Unix TAR (Tape ARchive), например, ничего не упаковывает. Упаковка решается другими утилитами. Коррекция ошибок - отличительное свойство WinRar - почти все коммерческие архиваторы им не обладают.
Ник: Ваша информация полнее моей.
(**)  Есть и другое мнение. Инвариант: «Сама пятизвенная диаграмма была предложена еще в оригинальной статье, до соавторства с Уивером». Википедия не подтверждает эти сведения.