Программа курса "Информатика и математика"
(III и IV семестры)

Проф. Л.И.Бородкин

Данный курс преподается студентам исторического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова с 1996 г. Лекционный курс сопровождают двухсеместровые практические занятия: в IV семестре - практикум по основам информатики и применению информационных технологий в исторических исследованиях; в V семестре - практикум по изучению компьютерных методов анализа данных (в основном методов математической статистики). Практикумы были поставлены в 1991 г.

Целью лекционного курса является ознакомление студентов-историков с основными понятиями информатики и математики, а также со спецификой их использования в исторических исследованиях. Лекционный материал дается с учетом как международного, так и отечественного опыта информатизации гуманитарных наук. В изложении математических понятий и методов основное внимание уделяется их логической структуре. Обсуждение принципов построения математических моделей и статистических теорий проводится с учетом ограничений, порождаемых особенностями социально-гуманитарного знания.

Цель практикумов в данном цикле - овладение современными информационными технологиями (применительно к задачам хранения и анализа данных исторических источников), обучение работе как со стандартным, так и со специализированным программным обеспечением. Практикумы проводятся на базе двух компьютерных классов, оснащенных современными компьютерами (с доступом к глобальной сети Интернет).

В результате освоения материала практикума cтудент должен уметь:

• квалифицированно пользоваться современной литературой, содержащей опыт применения информационных технологий и математических методов в исторических исследованиях;
• работать с электронными текстами;
• эффективно пользоваться методами поиска информации в сети Интернет;
• работать с электронными каталогами ведущих библиотек России и мира;
• работать с Интернет-ресурсами архивной службы России и других стран;
• создавать базы данных по материалам источников разных типов;
• применять математико-статистические методы анализа данных исторических источников, разбираться в их логических основах;
• грамотно пользоваться компьютерными программами статистического анализа для обработки данных источников;
• разбираться в основных подходах к моделированию исторических процессов, знать о возможностях и ограничениях математических моделей в изучении прошлого.

В III семестре студенты сдают зачет по данной дисциплине, а в IV семестре - экзамен.

I. ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ.
ИСТОРИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИКА

1. Введение.

1.1. Предмет и задачи курса.

1.2. Информатика как комплексная научно-техническая дисциплина. Информатизация общества - одна из основных тенденций современного развития.

1.3. Социальная информатика и познание закономерностей информатизации общества.

1.4. Основные направления использования компьютерных технологий в исторических исследованиях:

• создание и использование компьютерных баз и банков данных;
• создание и использование электронных текстов; компьютеризованный анализ описательных источников;
• статистическая обработка данных исторических источников на компьютере;
• компьютерное моделирование исторических процессов и явлений;
• сканирование текстов и изображений, компьютеризованный анализ изобразительных источников и картографического материала;
• применение мультимедиа технологий в исторических исследованиях и в обучении истории;
• информатизация архивов, музеев и библиотек;
• Internet - новые информационные ресурсы для историков.

2. Предметная область и основные понятия информатики.

2.1. Понятия информационных задач, систем, продуктов и ресурсов.

2.2. Понятие о теории информации. Определения и способы измерения количества информации.

2.3. Информация и данные. Табличная, текстовая, графическая информация. Понятие языка описания документа. Языки разметки документов.

3. Историческая информатика: предмет, история становления и основные тенденции развития.

3.1. Опыт применения средств вычислительной техники в исторических исследованиях:

• эра больших ЭВМ: 60-е - середина 80-х годов;
• 'микрокомпьютерная революция': конец 80-х - начало 90-х гг.

3.2. Историческая информатика: структура и содержание. Прикладная и теоретическая компоненты исторической информатики.

4. Машиночитаемые источники: модели данных, программы обработки.

4.1. Основные этапы компьютеризованного исторического исследования.

4.2. Данные и модели данных:

• типы данных;
• структуры данных.

4.3. Специфика моделирования исторических источников:

• статистические источники;
• структурированные источники;
• текстовые источники (свободный текст);
• изобразительные и картографические источники.

4.4. Машиночитаемые данные (МЧД): хранение, каталогизирование и доступ.

4.5. Принципы формирования и функционирования архивов машиночитаемых исторических данных. Обзор национальных архивов МЧД.

5. Аппаратное и программное обеспечение компьютерных систем.

5.1. Аппаратное обеспечение персонального компьютера и его эволюция в 80-90-е гг.

5.2. Аппаратное обеспечение электронных коммуникаций.

5.3. Аппаратная поддержка мультимедиа.

5.4. Уровни программного обеспечения:

• операционные системы (ОС) и оболочки;
• операционная система MS DOS;
• операционная система Windows;
• прикладное программное обеспечение.

5.5. Прикладное программное обеспечение (ППО):

• основные функции и компоненты прикладных программ;
• классификация видов ППО применительно к задачам исторических исследований.

6. Электронный текст: создание, хранение, поиск, анализ.

6.1. Системы подготовки текстов; основные функции текстового процессора.

6.2. Электронный текст как новый информационный ресурс в исторических исследованиях.

6.3. Концепции электронного текста.

6.4. Методы извлечения информации в полнотекстовых системах.

6.5. Анализ текстовых источников с помощью программы TACT: компьютеризованный контент-анализ.

7. Информационные системы и базы данных.

7.1. Понятие информационной системы (ИС). Документальные и фактографические ИС. База данных в структуре ИС.

7.2. Технология баз данных (БД); основные определения.

7.3. Проектирование БД:

• концептуальная модель БД; определения сущности, атрибута, связи;
• логическая модель БД.

7.4. Реляционная база данных; таблица как отношение и ее свойства.

7.5. Принципы работы реляционных систем управления базами данных (СУБД).

7.6. Основные этапы работы с реляционной БД:

• создание и модификация структуры базы; имя, тип и длина поля; типы полей;
• просмотр, информационный поиск и редактирование записей БД;
• запросы к БД; типы запросов; запросы с критериями поиска;
• работа с несколькими таблицами;
• связывание таблиц БД и обеспечение целостности.

7.7. Возможности и ограничения применения СУБД Access при создании баз данных историками.

7.8. Понятие о документальных БД и информационно-поисковых системах (ИПС). Полнотекстовый и библиографический поиск. Оценка результатов поиска. Релевантность.

7.9. Специфика исторических источников и источнико-ориентированный подход к созданию БД:

• источнико-ориентированные и проблемно-ориентированные БД;
• примеры специализированных пакетов программ, созданных для работы с историческими источниками; система KLEIO.

7.10. Опыт создания и использования баз данных в исторических исследованиях:

• просопографические базы данных;
• базы данных в исследованиях по социально-экономической и социально-политической истории.

7.11. Интеллектуальные ИС и базы знаний.

7.11.1. Методы искусственного интеллекта: экспертные системы (ЭС), представление знаний.

7.11.2. Базы данных и базы знаний в ЭС.

7.11.3. Когнитивные модели понимания текста, опыт их применения в исторических исследованиях.

8. Электронные таблицы и пакеты статистических программ: работа со структурированными данными

8.1. Специфика электронных таблиц как программного обеспечения.

8.2. Электронная таблица Excel for Windows:

• устройство электронной таблицы;
• операции над данными и средства их реализации.

8.3. Первичный анализ статистических данных.

8.4. Решение источниковедческих проблем.

8.5. Графические возможности электронных таблиц.

8.6.Статистические пакеты - эффективный аналитический инструментарий при работе с массовыми источниками.

8.7. Основные возможности статистических пакетов:

• дескриптивная статистика;
• выборочный метод;
• анализ статистических взаимосвязей;
• анализ временных рядов;
• многомерный статистический анализ;
• таблицы сопряженности;
• визуализация результатов статистического анализа.

8.8. Характеристика возможностей статистических пакетов SPSS и STATISTICA в практике исторических исследований.

9. Хранение и обработка графической информации на компьютере.

9.1. Представление графической информации в памяти компьютера. Характеристика возможностей основных графических пакетов.

9.2. Создание коллекций электронных изображений:

• интегрирование изображений в базы данных;
• возможности улучшения качества электронных изображений;
• опыт создания и использования баз данных, построенных на материалах изобразительных источников.

9.3. Сканирование и оптическое распознавание исторических текстов:

• возможности и ограничения программ распознавания старопечатных и рукописных текстов;
• опыт распознавания текстов исторических источников.

9.4. Компьютерное картографирование в исторических исследованиях:

• виды компьютерных карт;
• ГИС (географические информационные системы) - программное обеспечение компьютерного картографирования;
• основные этапы создания компьютерной карты;
• опыт использования ГИС в исторических исследованиях.

10. Глобальная сеть Интернет.

10.1. Назначение сети Интернет. Интернет - глобальная компьютерная сеть, объединяющая различные сети, взаимосвязанные с помощью специальных программ (протоколов).

10.2. Основные возможности сети Интернет:

10.2.1. Telnet - протокол удаленного доступа к ресурсам Интернета, дающий пользователю возможность работать с библиотечными каталогами, базами данных и прочими информационными ресурсами.

10.2.2. Электронная почта - средство посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, а также рассылать копии письма сразу нескольким получателям.

10.2.3. World Wide Web: концепция универсальной глобальной информационной системы. Понятие гипертекста. Гипертекстовые системы - новый класс систем управления информационными ресурсами (текстами, файлами, рисунками, звуками, подвижными изображениями и т.п.). Броузеры - программы, позволяющие ориентироваться в сети, обеспечивающие сетевое соединение и отображающие гипертекстовые документы. Отечественные и зарубежные поисковые системы, позволяющие проводить "навигацию" в сети, искать нужную информацию по ключевым словам. "Домашние странички", веб-сайты, порталы. Новые информационные ресурсы Интернета для историков. Обзор полезных Web-сайтов, содержащих информацию для специалистов по отечественной и всеобщей истории. Поиск архивных Интернет-ресурсов. Работа с электронными каталогами ведущих библиотек России и других стран.

II. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ИСТОРИКОВ

11. Введение.

11.1. Математизация научного знания, ее этапы и закономерности.

11.2. Возможности и ограничения использования математических методов в гуманитарных науках.

11.3. Формализация информации источника, статистическая обработка данных источников, математическое моделирование исторических процессов и явлений - основные направления использования математических методов в исторических исследованиях.

12. Основные понятия математики.

12.1. Множества и операции над ними. Отношения и их свойства. Основные понятия теории нечетких множеств.

12.2. Системы координат на плоскости и в пространстве. Прямоугольные координаты.

12.3. Переменные и постоянные величины. Понятие функции.

12.4. Область определения и свойства функции:

• четность и нечетность;
• периодичность;
• монотонность.

12.5. Уравнения и неравенства.

13. Теория пределов и дифференциальное исчисление.

13.1. Числовые последовательности и пределы.

13.2. Предел функции. Непрерывность и точки разрыва.

13.3. Задачи, приводящие к понятию производной. Определение производной и ее смысл.

13.4. Правила дифференцирования. Дифференцирование элементарных функций.

13.5. Применение производной к исследованию функций:

• возрастание и убывание;
• экстремумы;
• выпуклость и вогнутость.

14. Основы теории вероятностей и математической статистики.

14.1. Элементы комбинаторики.

14.2. Случайные события. Частота и вероятность.

14.3. Основные свойства вероятностей. Формула полной вероятности.

14.4. Случайные величины и их распределения. Некоторые законы распределения:

• равномерное;
• нормальное;
• биномиальное.

14.5. Числовые характеристики распределения:

• математическое ожидание;
• дисперсия и стандартное отклонение.

14.6. Генеральная совокупность и выборка. Нахождение параметров распределения по выборочным данным: понятие о доверительных интервалах. t-статистика.

14.7. Статистическая проверка гипотез.

15. Основные методы математической статистики.

15.1. Дескриптивная статистика:

• вычисление средних, дисперсии, среднеквадратического отклонения, коэффициента вариации;
• доверительные интервалы для средних.

15.2. Корреляционный анализ:

• линейная корреляция;
• парный линейный коэффициент корреляции;
• коэффициент детерминации;
• проверка значимости коэффициента корреляции;
• понятие о нелинейной корреляции; корреляционное отношение.

15.3. Линейная регрессия (парная и множественная):

• уравнение линейной регрессии;
• интерпретация коэффициента регрессии;
• множественный коэффициент корреляции;
• критерии значимости уравнения регрессии;
• уравнение множественной регрессии как статистическая объясняющая модель;
• ограничения использования регрессионных моделей в исторических исследованиях.

15.4. Факторный анализ:

• классификация методов факторного анализа;
• факторные нагрузки;
• факторные веса;
• доля суммарной дисперсии, объясняемой факторами;
• ограничения использования факторного анализа в исторических исследованиях.

15.5. Кластер-анализ:

• классификация методов кластерного анализа;
• иерархический метод, многомерная группировка;
• многомерная классификация с использованием нечетких множеств.

15.6. Анализ временных рядов:

• вычисление трендов;
• сглаживание;
• корреляция.

15.7. Анализ качественных признаков:

• построение таблиц сопряженности;
• вычисление коэффициентов связи качественных признаков.

16. Математические модели исторических процессов.

16.1. Типы моделей динамики:

• статистические;
• имитационные;
• аналитические.

16.2. Системы дифференциальных уравнений как основа для построения аналитических динамических моделей.

16.3. Методы нелинейной динамики в задачах моделирования переходных и неустойчивых процессов. Синергетика в изучении историко-социальных процессов.

16.4. Конечно-разностные уравнения как аппарат построения имитационных моделей. Понятие о марковских цепях. Возможности и ограничения имитационного моделирования исторических процессов.

ЛИТЕРАТУРА