Методическое пособие по курсу «информатика»
| Вид материала | Методическое пособие |
- Методическое пособие по курсу «Информатика» для студентов, обучающихся по всем направлениям, 1648.11kb.
- С. В. Тимченко информатика 4 Учебно-методическое пособие, 268.2kb.
- Методическое пособие по курсу "Моделирование" для студентов, обучающихся по направлению, 512.51kb.
- Учебно-методическое пособие по курсу «Информационные технологии» для студентов Института, 1419.29kb.
- Учебно-методическое пособие по курсу Геоинформационное картографирование, 606.48kb.
- Методическое пособие для практических занятий красноярск 2002, 894.08kb.
- Методическое пособие по курсу: «История и философия науки», 337.53kb.
- Практикум по курсу "Информатика", 153.44kb.
- Темы рефератов по курсу «Информатика», 10.55kb.
- Современной Гуманитарной Академии (С) современная гуманитарная академия, 2011 методическое, 218.52kb.
Биоинформатика, она же вычислительная биология, она же компьютерная генетика — молодая наука, возникшая в начале 80-х годов на стыке молекулярной биологии и генетики, математики (статистики и теории вероятностей) и информатики, испытавшая влияние лингвистики и физики полимеров. Биоинформатика1 — область науки, разрабатывающая и применяющая вычислительные алгоритмы для анализа и систематизации генетической информации с целью выяснения структуры и функции макромолекул с последующим использованием этих знаний для создания новых лекарственных препаратов.
В результате исследования структуры геномов микроорганизмов, млекопитающих и человека появились огромные объемы информации о последовательностях ДНК и первичной структуре белков. Эта информация стала основой для разработки и приложения новых математических методов анализа данных и извлечения из них новых знаний.
М
олекула ДНК, носитель генетической информации, представляет собой биополимер, элементарным звеном которого является нуклеотидная пара. Число таких звеньев в ДНК человека около 3x109. Появление быстрых методов расшифровки последовательности нуклеотидных пар в геномах организмов повлекло за собой появление большого числа генетических текстов, представляющих собой протяженные символьные последовательности. Первой задачей компьютерной биологии является расшифровка структуры генома, выявление в непрерывной последовательности символов отдельных структурных единиц и определение их функциональной нагрузки. Еще одна трудоемкая задача состоит в расшифровке пространственной структуры всех белков, входящих в состав биологического организма. Предпринимается много попыток теоретического предсказания пространственных структур белков, а также их реконструкции по данным рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. Решение этой проблемы в принципе невозможно без использования высокопроизводительных вычислительных систем. В настоящее время расшифрована структура около десятка тысяч белков, в то время как число различных белков в организме человека составляет сотни тысяч. Знание первичной и пространственной структур белков играет решающую роль для понимания их функционирования. В частности, знание пространственной структуры лежит в основе современной технологии создания лекарств (так называемый «drug design»)
Вопросы для самопроверки
- Что выступает в качестве объекта изучения информатики?
- Как соотносятся информатика и computer science?
- Что представляет собой информатика как фундаментальная наука?
- Что представляет собой информатика как отрасль народного хозяйства?
- Что представляет собой информатика как прикладная дисциплина?
- Какие направления исследований в информатике вы знаете?
- Какие междисциплинарные направления информатики Вы знаете?
- Что такое социальная информатика?
- Каковы основные направления научных исследований в социальной информатике?
- Что такое экономическая информатика?
- Что является предметом экономической информатики?
- Каковы задачи биоинформатики?
Общая схема постановки и решения предметных задач
Одним из важнейших стратегических факторов развития современного общества является использование новых информационных технологий. Умение их применять в значительной степени определяет, наряду со знанием предметной области, эффективность решения научных и производственных задач. Информатика предоставляет методы и средства для решения задач другим областям. Отсюда — актуальность «правильного» взаимодействия специалистов разных профилей, участвующих в постановке и решении задачи при помощи ЭВМ.
Общая формальная схема процесса постановки и решения задачи состоит из:
1) формулирования предметной задачи;
2) формализации задачи;
3) выбора способа решения;
4) решения задачи на ЭВМ;
5) формального анализа результатов;6) содержательной интерпретации результатов.
Предметную задачу формулирует специалист–предметник. Формализацией задачи занимаются системный аналитик и предметник. Выбор способа решения — за прикладным математиком. Решает задачу на ЭВМ технолог. Формальный анализ результатов производит системный аналитик. Интерпретацию — специалист–предметник.
Формулирование предметной задачи включает указание:
1) цели;
2) представлений о модели объекта исследования (поиска);
3) исходных данных;
4) ожидаемого результата (что он должен из себя представлять);
5) критериев оценки ожидаемого результата.
На практике часто возникают ситуации, когда задача не содержит тех или иных необходимых атрибутов. Случай, при котором известны цель, исходные данные и ожидаемый результат, называют задачной ситуацией.
Задачи, сформулированные на языке предметной области знаний (экологии, биологии, медицины, экономики) называются предметными задачами. Они отличаются степенью формализации: хорошо формализованные, слабо формализованные и неформализованные.
Формализация задачи состоит в переводе на формальный (математический) язык описания цели, определении объектов и свойств, способов вычисления свойств, формализации требований к результату, проверке согласованности требуемого результата с целью.
Процесс выбора способа решения задачи включает все этапы анализа данных и корректировки информации, а также определение алгоритма решения задачи, обеспечивающего получение требуемого результата.
На этапе решения задачи осуществляется в автоматизированном режиме преобразование схемы в технологическую (машинную) схему решения задачи и прохождение этой схемы на ЭВМ. Затем проводится формальный анализ полученных результатов, т.е. проверка соответствия результата критериям оценки результата.
Содержательная интерпретация результатов состоит в согласовании результатов с целью исследования, сформулированными требованиями к результату и принятии решения об использовании результатов либо об уточнении модельных представлений и формулировки задачи.
Примеры формулирования задач
1.Семья хочет приобрести участок земли, но не может определить какой из семи предложенных участков является лучшим для покупки.
Сформулируем задачу:
Цель: купить дачный участок.
Представления о модели: участок должен быть расположен не далее, чем в 15 км от места жительства; на участке должна быть хорошая почва, неподалеку должен быть водоём. Хорошо, если на участке есть многолетние плодовые деревья, и если на нём есть дачный домик.
Исходные данные: для семи продаваемых участков известны удаленность от жилья, качество почвы, близость водоемов, наличие дома и сада (плодовых деревьев). Данные представлены в таблице.
| Объекты | Удалённость от города | Качество почвы | Наличие водных источников | Наличие дома | Наличие сада |
| 1 | 10 км. | хор. | Есть | Есть | нет |
| 2 | 20 км. | хор. | Нет | Есть | есть |
| 3 | 5 км. | Плох. | Есть | Нет | Нет |
| 4 | 9 км. | Хор. | Нет | Нет | Нет |
| 5 | 2 км. | Плох. | Нет | Нет | Есть |
| 6 | 50 км. | Хор. | Есть | Есть | Есть |
| 7 | 15 км. | Хор. | Есть | Нет | Нет |
Результат: выбор одного из семи возможных участков.
Критерий оценки: владельцу будет приятно работать на купленном участке, он не захочет продать его в ближайшие 10 лет, вместе с ним отдыхать и работать на участке будут друзья и родственники.
2. Бабушка Олимпиада желает выйти замуж. У нее есть 6 кандидатов в мужья, но она не знает, кого предпочесть.
Цель: помочь бабушке Олимпиаде сделать свой жизненно важный выбор.
Представления о модели:
«Идеальный дедушка» должен быть высоким (не ниже 175 см.); его вес должен составлять примерно 80 кг; цвет волос должен быть светлым; предпочтителен синий цвет глаз; фигура должна быть спортивной (это говорит о том, что дедушка не забывает о спорте, ведет здоровый образ жизни).
Исходные данные: данные о шести дедушках-кандидатах (см. таблицу).
| | Рост (см) | Вес (кг) | Размер пенсии (руб.) | Цвет волос | Цвет глаз | Наличие мускулов |
| 1 | 164 | 62 | 190 | Седой | Зелёные | Полное |
| 2 | 166 | 70 | 200 | Тёмный | Синие | полное |
| 3 | 175 | 85 | 350 | Рыжий | Карие | среднее |
| 4 | 180 | 83 | 560 | Тёмный | Серые | среднее |
| 5 | 170 | 96 | 250 | Полуседой | Карие | неполное |
| 6 | 162 | 74 | 400 | Седой | Синие | полное |
Результат: бабушка должна стать супругой высокого, синеглазого блондина, обеспеченного, со средним наличием мускулов, среднего веса.
Критерий оценки: поженившись, бабушка с дедушкой должны прожить всю оставшуюся жизнь вместе.
3. Вы хотите открыть собственный бизнес — открыть Интернет-кафе. Эта задача разбивается на целый ряд подзадач: составить бизнес-план, найти инвесторов, найти подходящее помещение, подыскать персонал и т.д.
Сформулируем одну из этих подзадач.
Цель: выбрать помещение для аренды под Интернет–кафе.
Представления о модели: основные соображения при выборе места такие:
1) самым удачным для компьютерного клуба было бы место на перекрестке дорог в большом компактном жилом массиве, где много школ, институтов, училищ и т.п. (основной ориентир — молодежь 10–18 лет);
2) в жилом доме клуб делать нежелательно, поскольку местные жители обязательно будут жаловаться (клуб должен быть круглосуточным: желающих поработать и поиграть за компьютером ночью не меньше, чем днем);
3) вблизи от этого места нет конкурирующих заведений;
4) размеры помещения должны позволять разместить 15-17 компьютеров, иначе — не рентабельно (из санитарных норм — не менее 6 кв.м на компьютер).
Исходные данные: исходная информация должна быть представлена в виде карты с обозначенными на ней:
- жилыми массивами;
- транспортной сетью;
- учебными заведениями;
- существующими компьютерными клубами;
- сдаваемыми в аренду помещениями (и их площадями).
Результат: сдаваемые в аренду помещения должны быть разбиты на два класса –подходящие и неподходящие, подходящие должны быть упорядочены — от более удачных вариантов к менее удачным.
Критерий оценки: посещаемость кафе во все время его работы составляет не менее 80%.
Вопросы для самопроверки
- Из каких этапов состоит процесс постановки и решения предметной задачи с помощью ЭВМ?
- Какие специалисты принимают участие в постановке и решении предметной задачи с помощью ЭВМ?
- Какова роль специалиста-предметника в постановке и решении предметной задачи с помощью ЭВМ?
- Что такое предметная задача?
- Что значит сформулировать предметную задачу?
- На каком языке формулируют предметную задачу?
- Что такое задачная ситуация?
- Чем отличаются задача и задачная ситуация?
- Чем отличаются формулировка задачи и постановка задачи?
- Приведите пример формулировки предметной задачи.
- В чем состоит содержательная интерпретация результатов и кем она выполняется?
- Приведите пример постановки задачи.