Современное программирование появилось в середине 50-х годов, как система из трех взаимодополняющих элементов программист, программа и компьютер. Компьютеры тогда были, пусть и внушительных размеров, но всё же понятные вычислительные машины с известной логикой и состояниями. Практически все программисты имели либо математическое, либо специальное инженерное образование. Системные программисты разрабатывали операционные системы, компиляторы и специальные утилиты для ЭВМ, а программисты-математики создавали прикладные программы, которые представляли собой реализации различных алгоритмов решения численных задач. Такая модель программирования напоминала геоцентрическую систему Птолемея и многие надеялись, что рано или поздно, будет создана универсальная теория языков и верификации программ, что сделает их похожими на «вечные» математические конструкции.
Но компьютеры развиваются стремительно, и за сравнительно небольшой период времени, прошедший с момента появления первых ЭВМ, мы наблюдаем уже несколько эволюций, которые принципиально изменили мир информационных технологий. Если в самом начале программирование было ориентированно на численные методы, где основным объектом вычислений является число, то на следующем этапе, наравне с числами, в программах появляются данные и, как сформулировал в 1976 году Н. Вирт:
Программа = Алгоритм + Структуры Данных
В эти же годы появляются серверы и персональные компьютеры, объединенные в простейшие сети, а наряду с прикладными математиками, в информатику приходит всё больше и больше инженеров, специализирующихся на решении задач обмена и организации данных. Тогда же появилась принципиально новая форма программирования электронные таблицы, которые позволяют «непрограммистам» создавать сложные модели из данных, связанных друг с другом функциональными отношениями в многомерном виртуальном пространстве.
Это принципиально новое решение соответствует естественному для человека способу пространственного мышления и позволяет, используя простую систему координат, не только систематизировать структуры и отношения между различными данными, но и передавать изменения непосредственно от точки, в которых они происходят, ко всем взаимосвязанным объектам. В электронных таблицах действия инициируются данными, и это принципиально отличает их от алгоритмических систем, в которых данные изменяются в результате интерпретации последовательности команд в программе.
Программист-зануда здесь справедливо возразит, что «за всем этим стоит простая система ссылок и таблиц значений, которые пересчитываются в ответ на событие, возникающее при изменении координат указателя мышки». Но любопытный программист сможет представить стоящие за этим рисунком реальные физические процессы, в связанных между собой исполнительных элементах, очень похожих на сеть биологических нейронов или на вычислительную модель в аналогово-цифровых комплексах, которую можно получить, соединив кибернетику Н. Винера с машиной фон Неймана. Ещё раз заметим, что в своих моделях и Винер, в аналоговой, и фон Нейман, в цифровой, ссылаются на нейрон в качестве прототипа вычислительного элемента.
Сегодня аналогово-цифровые преобразователи используются повсеместно: от сенсоров, переключателей и микрофонов в «умном доме», до промышленных роботов и медицинских имплантатов, соединенных различными видами как проводной, так и беспроводной связи. На смену серверам пришли сервисы, и компьютер, как целостная вычислительная машина, трансформировался в набор фактически неограниченных ресурсов в облаках. Числа, с которыми имеют дело программисты при решении алгоритмических задач, составляют очень небольшой процент от постоянно увеличивающихся по объёму, как структурированных, так и неструктурированных данных, распределённых в глобальных и локальных сетях Интернет. А одно из новых ключевых направлений в программировании 2020, это интерактивность и поддержка прямого взаимодействия между бизнесом и потребителями.
В 1968 году вышел первый том монографии Д. Кнута «Искусство программирования». В то время, количество программистов в мире исчислялось десятками тысяч, а профессионалом мог считаться лишь тот, кто сумел бы решить большинство из приведенных в этой книге упражнений. На обучение этому у среднего студента уходило несколько лет, и трудно было представить тогда программиста без специального инженерного или математического образования. В 2020 году программированием занималось уже более двадцати миллионов человек, и эта профессия превратилась в одну из самых массовых и доступных. Многие из современных программистов ничего не слышали о книге Д. Кнута, что, впрочем, не мешает им создавать полезные прикладные решения. Изменилась природа приложений, и соответственно появились новые технологии и инструменты. Если первоначально программирование было предназначено для автоматизации работы вычислительных машин и реализации алгоритмов специально подготовленными профессионалами, то сегодня, это в первую очередь инструмент для накопления и передачи знаний, а основы программирования и информатики включены школьную программу для начальных классов.
В 1968 году вышел первый том монографии Д. Кнута «Искусство программирования». В то время, количество программистов в мире исчислялось десятками тысяч, а профессионалом мог считаться лишь тот, кто сумел бы решить большинство из приведенных в этой книге упражнений. На обучение этому у среднего студента уходило несколько лет, и трудно было представить тогда программиста без специального инженерного или математического образования. В 2020 году программированием занималось уже более двадцати миллионов человек, и эта профессия превратилась в одну из самых массовых и доступных. Многие из современных программистов ничего не слышали о книге Д. Кнута, что, впрочем, не мешает им создавать полезные прикладные решения. Изменилась природа приложений, и соответственно появились новые технологии и инструменты. Если первоначально программирование было предназначено для автоматизации работы вычислительных машин и реализации алгоритмов специально подготовленными профессионалами, то сегодня, это в первую очередь инструмент для накопления и передачи знаний, а основы программирования и информатики включены школьную программу для начальных классов.
За эти годы в мире информатики было решено множество проблем. Но чем шире горизонт тем больше открывается неизвестного, и вместе с этим появляются новые задачи, среди которых, в первую очередь нужно выделить обработку знаний. До сих пор, основным объектом программирования являлись данные. Знания это значительно более сложная система, в которой данные соединяются с процедурами, а обмен знаниями, это контекстно-зависимый процесс. В процессе обмена могут участвовать группы, где каждый участник имеет своё уникальное состояние.
Данные, информация и знания три основополагающие категории, как в биологических, так и в компьютерных системах. Термин данные относится к неопределимым аксиоматическим понятиям, которые, чаще всего объясняют, используя косвенную рекурсию. Например, согласно Википедии, данные это факты или события, а статистик и специалист по машинному обучению определит их как числа или векторчисел. Но если продолжить уточнение: а что есть факты или числа, то круг очень быстро замкнется. Однако если мы зададим разумные области ограничений, то оказывается, что этот термин поддается конструктивному определению.
Один из концептуальных способов описания поведения и построения моделей самых разнообразных сложных систем, носит название «Метод чёрного ящика». В классическом чёрном ящике важно только то, что входит и выходит. Именно это мы и будем рассматривать как данные. Входные и выходные данные это поток сигналов, который из всего огромного разнообразия сигналов внешнего мира, с одной стороны выделяет и воспринимает, а с другой, генерирует и возвращает обратно, конкретная система. Если же мы приоткроем чёрный ящик и заглянем внутрь, то у нас появляются некоторые знания, с помощью которых можно определить, какой компонент воспринимает сигналы на входе, а какой отвечает за их генерацию на выходе, в теперь уже сером ящике. И наконец у программистов, вход и выход связаны программой, где каждый шаг понятен и определен. При таком подходе у нас появляются количественные характеристики входных и выходных компонент, такие как пропускная способность, формат сигнала, объемы памяти и др. Только не нужно забывать, что декомпозируя ящик, можно этот же подход применить на любом уровне и для любого функционального блока внутри. Так, например, минимальным компонентом в компьютере можно считать ячейку памяти, а в биологической системе отдельную клетку, хотя всегда можно продолжить декомпозицию, как клетки, так и ячейки памяти.
В классической модели компьютера данные поступают и передаются вовне через устройства ввода/вывода. В биологических системах, данные это разнообразные физические взаимодействия или молекулярные объекты, которые могут восприниматься сенсорными клетками, и на которые реагируют рефлекторные механизмы. Данные могут генерироваться источником целенаправленно, например радиостанцией, которая создаёт и передает сообщения в сеть слушателей, или человеком, порождающим поток слов во время разговора в интернете. Это могут быть любые физические сигналы, возникающие в окружающем нас мире: космическое излучение астрономических объектов или молекулы запаха цветка в воздухе. И все эти сигналы превращаются в информацию в тот момент, когда получатель воспринимает их и интерпретирует в соответствии со своим состоянием. И уже из информации могут быть получены знания, которые образуют индивидуальную ассоциативно-связанную систему фактов и процедур.