Введение в информатику и программирование

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА  
И ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ  
ПРИ ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  
НИЖЕГОРОДСКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ – ФИЛИАЛ РАНХиГС 
 
 
 
 
В.И. ОКУЛИЧ 
 
ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ  
И ПРОГРАММИРОВАНИЕ 
 
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Нижний Новгород  2022 

УДК 004.43(075.8)Python 
ББК 32.973 
     О-52 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
А.Ф. Платов, д-р техн. наук, профессор; 
В.К. Вильданов, канд. физ.-мат. наук, доцент. 
 
 
 
Окулич В.И. 
Введение в информатику и программирование: 
учебное пособие / В.И. Окулич. – Н. Новгород: НИУ 
РАНХиГС, 2022. – 312 с. 
 
ISBN 978-5-00036-285-3 
 
 
Учебное пособие предназначено для студентов первого курса, 
осваивающих дисциплины «Алгоритмизация и программирование» 
(направление подготовки 38.03.01 – «Экономика») и «Информатика 
и программирование» (направление подготовки 09.03.03 – «Прикладная информатика»). Основу учебного пособия составляет изложение основ языка Python и работа с ним в среде программирования PyCharm. Подробно рассмотрены все традиционные особенности языка программирования. Большое внимание уделено возможности работы с текстом, базовыми структурами данных, понятиям рекурсивности функций, области видимости переменных и 
использованию модулей и пакетов. 
Также рассмотрены истоки и структура современной информатики. Показан генезис свойств информации и их связь с эволюционным развитием биосферы. Изложены представления о подходах оценки количества информации, в том числе с использованием 
представления об информационной энтропии. 
 
УДК 004.43(075.8)Python 
ББК 32.973 
 
 
 
 
ISBN 978-5-00036-285-3 
© Нижегородский институт управления – 
 филиал РАНХиГС, 2022 
© Окулич В.И., 2022 
О-52 

ГЛАВА 1 
ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ 
1.1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ  
О СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКЕ 
1.1.1. Истоки и структура информатики 
Современное поколение молодых людей, пользуясь услугами информационных сервисов, не думают о том, на каких научном и технологическом фундаментах они основаны и так стремительно развиваются. 
Для них понятия информатика, программирование и вычислительные 
устройства неразрывно связаны. Информатика и программирование как 
отрасли знания для них возникла одновременно с появлением компьютеров, хотя это далеко не так. Возникновение информатики имеет долгую историю, включающую и период до появления  
Как наука и практическая деятельность информатика является продолжением и развитием кибернетики – науки об общих принципах 
управления поведением различных по сложности и природе различных 
систем – биологических и технических, природных и искусственных. 
Кибернетика как наука начала формироваться ещё до Второй мировой 
войны в связи с бурным развитием технических систем управления технологическими процессами в промышленности в венной и бытовой технике и получила окончательное оформление в книге американского математика Норберта Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», опубликованной в 1948 году. Основным содержани

ем этого труда было обоснование тезиса о том, что внутреннее состояние любой системы зависит от взаимодействия с окружающей средой. 
При этом любая система принимает сигналы из окружающей среды, 
перерабатывает их и отвечает на них либо изменением своего внутреннего состояния, либо, посылая сигналы во внешнюю среду. В живых 
системах этот процесс обеспечивает их устойчивое состояние, а в машинах это должен делать либо человек, становясь при этом частью системы, 
либо управляющее устройство, созданное человеком. Кибернетика рассматривает и решает проблемы обеспечения устойчивого состояния любых систем и управления ими. При этом входные сигналы, воздействующие на систему, в кибернетике трактуются как входная информация, а 
исходящие из неё – как обработанная системой информация.  
Развитие кибернетики сопровождалось созданием первых вычислительных устройств, которые на первых порах рассматривались как 
сложные системы, состоянием которых можно управлять запрограммированным заранее набором команд. Так первые гражданские вычислительные устройства были созданы в конце тридцатых годов в Германии. 
В этой же стране в 1941 году инженером Конрадом Цузе создал вычислительную машину, имеющую все свойства современной ЭВМ, в 
1944 году. Американская ЭВМ МАРК1 заработала в 1943 году. На ней 
выполнялись сложные расчёты для ВМС США. В СССР в 1950 и 
1951 годах заработали мощные вычислительные машины МЭСМ и М-1, 
созданные соответственно под руководством Лебедева С.А. и И.С. Брука. Аналогичные работы велись и в других индустриальных странах. 
Этот период можно считать началом становления теоретической и практической информатики. К сожалению, в конце 60-ых годов прошлого 
века в нашей стране были допущена недооценка значений и возможностей как кибернетики, так и информатики, что привело к задержке и 
теоретических положений, так и самих электронных машин. Причиной 
этого послужила недооценка новой бурно развивающейся науки отдельными учеными «классического» направления 
Таким образом развитие кибернетики и информатики шло бок о 
бок. Последнюю можно считать «младшей сестрой» кибернетики. В кибернетике как науки об управлении и её практических приложениях понятие информации играло важную роль. Но постепенно задачи обработки информационных сигналов трансформировались в новую и более 
общую науку о преобразовании информации – информатику. Сравни

тельно быстро после появления термина «кибернетика» в англосаксонских странах стали использовать термин «computer science» (наука о 
компьютерной технике).  
В нашей стране продолжительное время термин «информатика» 
связывался прежде всего только с узкой конкретной областью изучения 
структуры и общих свойств научной информации. Однако на самом деле 
этот термин «Informatique», который образовался из двух слов 
«INFORmation» и «autoMATIQUE», что означает «информационная автоматика» или «автоматизированная переработка информации». Он был 
введён французскими учёным Ф. Дрейфусом в 1962 году и постепенно 
закрепился в Европе для области науки и техники, занимающейся автоматизированной обработкой информации с применением ЭВМ.  
В настоящее время информатика изучает вопросы, связанные с 
поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием 
информации в самых различных сферах человеческой деятельности. 
Она включает в себя теорию кодирования информации, разработку 
методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации. Прогресс искусственных 
вычислительных устройств, обрабатывающих информацию привёл к 
тому, что большинство людей преимущественно связывают понятия 
информации и информатики прежде всего с использованием компьютеров, хотя они являются лишь средством, инструментом, которое 
повлияло на характер, содержание и темпы становления информатики как науки. 
История становления и развития различных подходов и определений информатики представлена во многих работах российских учёных. 
В частности, в работе Ю.Ю.Черного «Полисемия1 в науке: когда она 
вредна? (на примере информатики)»2 прослеживается три последовательно появляющиеся определения содержания информатики в нашей 
стране: 
• 
Информатика-1, 
понимаемая 
как 
теория 
научноинформационной деятельности, как дисциплина, изучающая «структуру 
                                                           
1 Полисемия – это многозначность, то есть наличие у слова (единицы языка, термина) двух и более значений, исторически обусловленных или взаимосвязанных по смыслу и происхождению. 
2 Черный Ю.Ю. Полисемия в науке: когда она вредна? (на примере информатики) // Открытое образование. М., 2010. № 6. С. 97–106. 

и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сфе-рах 
человеческой деятельности». Такое понимание закрепилось в СССР к 
началу 70-ых годов прошлого века. 
• 
Информатика-2, понимаемая как наука о вычислительных 
машинах, занимающаяся разработкой теории программирования и практическим применением на этой основе ЭВМ. Официальное утверждение 
термина «информатика». Эта трактовка термина «информатика» была 
официально утверждена на годовом Общем собрании Академии наук в 
1983 году. 
• 
Информатика-3, понимаемая как фундаментальная наука об 
информационных процессах в природе, обществе и технических системах. Такое понимание появилось в начале 1990-ых годов, что было связано с осознанием информатики как фундаментальной науки и комплексного междисциплинарного направления. Ю.Ю. Чёрный пишет, что 
«автором этой концепции стал первый заместитель директора Института 
проблем информатики (ИПИ) АН СССР (сейчас – главный научный сотрудник ИПИ РАН) д. т. н. К.К. Колин». Согласно этой концепции информатика – это наука «о свойствах, законах, методах и средствах формирования, преобразования и распространения информации в природе и 
обществе, в том числе при помощи технических систем»1.  
Подведём итог: по мере развития теории и техники вычислительных процессов в СССР/России, (как и в других странах), понимание информатики как научной дисциплины эволюционировало от 
частного научного направления до фундаментальной науки, включающей изучение информационного взаимодействия во всех сферах 
бытия и объективной реальности. При этом следующее определение 
вовсе не отменяло, а включало в себя предыдущее. В результате 
можно говорить о наличии трёх научных направлений, занимающихся своими предметными областями с соответствующей организационным окружением и образовательной средой: ведущими учёными, 
научными школами и учреждениями, производственно-технической 
базой. 
                                                           
1 Колин К.К. О структуре научных исследований по комплексной проблеме 
«Информатика» // Социальная информатика: сб. науч. тр. / Высш. комс. школа 
при ЦК ВЛКСМ. М., 1990. С. 23. 

1.1.2. Структура и состав современной информатики 
Впервые представление об информатике как фундаментальной 
науке, охватывающей широкий спектр знаний и представлений, её 
структура были изложены в национальном докладе России на II Международном Конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика», проходившем (Москва) в 1996 году1. С тех пор основные составляющие информатики, какими они были изложены в этом докладе, практически не 
изменились. Она представлена на рисунке 1.1. 
 
 
Рис. 1.1. Структура информатики в целом 
Каждая из этих составляющих может изучаться как отдельная наука 
или направление, но все вместе они образуют единое здание информатики. 
Также можно использовать и другую классификацию, разделив информатику на крупные части – информатику теоретическую и информа                                                           
1 Национальный доклад Российской Федерации на II международном конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика». Москва, 1996 // Информатика и 
образование, 1996. № 5. 

тику прикладную. В особый раздел можно выделить информационные 
технологии, использование которых в настоящее время стали базовым 
направлением в развитии отраслей народного хозяйства. 
1.1.2.1. Теоретическая информатика 
Предметом исследований теоретической информации являются такие вопросы, как: 
• 
Информация как семантическое свойство материи. 
• 
Взаимосвязь эволюционных и информационных процессов в 
живой и неживой природе.  
• 
Подходы и методы измерения информации. 
• 
Математические и информационные модели.  
• 
Теория алгоритмов. 
• 
Стохастические методы в информатике.  
• 
Вычислительный эксперимент как методология научного исследования.  
• 
Проблемы отражения интеллектуальных процессов в информационных системах и вопросы создания систем искусственного интеллекта. 
• 
Методы представления знаний в информационных системах. 
• 
Природа познания и творчества как информационных процессоров. 
• 
Теория и методы разработки и проектирования информационных систем. 
1.1.2.2. Прикладная информатика 
Прикладная информатика занимается широчайшим кругом вопросов практического применения достижений информатики. Это: 
• 
Вопросы создания вычислительных устройств от персональных компьютеров до серверов, суперкомпьютеров и сетей, включая 
аудиосистем, видеосистемы и компьютерные телекоммуникационные 
системы. 
• 
Операционные системы и среды. Системы и языки программирования. Текстовые и графические редакторы. Системы управления базами данных. Процессоры электронных таблиц. Средства моделирова

ния объектов, процессов, систем. Информационные языки и форматы 
представления данных и знаний; словари; классификаторы; тезаурусы. 
Сред-ства защиты информации от разрушения и несанкционированного 
доступа. Издательские системы. 
• 
Системы искусственного интеллекта (базы знаний, экспертные 
системы, диагностические, обучающие, машинное обучение и анализ 
данных.). 
• 
Социальная информатика, включающая проблематику: 
o использования информационных ресурсов как фактора социально-экономического и культурного развития общества; 
o развития информационного общества, закономерностей и 
проблем его становления, развития и информационной инфраструктуры; 
o  информационной безопасности критической инфраструктуры страны 
o использования возможностей развития личности в информационном обществе; 
o демократизации в информационном обществе и путей их 
решения; 
o информационной культуры и информационной безопасности личности и общества. 
 
Обеспечение задач прикладной информатики реализуется через 
огромную совокупность информационных процессов. Информация и 
информационные процессы, как правило, ассоциируются с развитием 
информационных технологий и интернета. Однако значение этих понятий намного шире и многогранней. Они участвуют в жизни всех биологических организмов на планете и существуют на всех уровнях живой 
материи. Однако осознание этого факта пришло, как ни странно, достаточно поздно – примерно с середины ХХ века. Информационные процессы участвуют в жизни всех биологических организмов на планете и 
существуют на всех уровнях живой материи. Поэтому под информационными процессами в самом общем виде понимают любые действия, 
заключающиеся в получении, создании, сборе, передачи, хранении и 
обработке информации. При этом само понятие информации является 
достаточно сложным и даже неоднозначным. В следующем разделе 1.2 
даётся подробное толкование этого понятия. 

1.1.2.3. Классификация средств обеспечения  
информационных процессов 
Аппаратное обеспечение 
Обеспечение информационных процессов базируется на нескольких 
направлениях. Одним из них является аппаратное обеспечение. Его 
создание использует новейшие достижения и научные положения из 
электроники, автоматики и кибернетики, а студенты, чтобы стать специалистами в этой области должны изучать: 
• 
основы построения элементов цифровых устройств; 
• 
основные принципы функционирования цифровых вычислительных устройств; 
• 
архитектуру средств вычислительной техники (СВТ) – основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных; 
• 
приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем; 
• 
приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей. 
Программное обеспечение и его классификация 
Управление средствами вычислительной техники (СВТ) осуществляется программами, в разработке которых используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, 
теории игр. Этот раздел информатики известен как программное обеспечение. Специалисты, занимающиеся его созданием, должны изучать и 
совершенствовать средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения, средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс и собственно программы, обеспечивающие управление работой средств вычислительной техники. 
Третья составляющая в этом ряду неоднородна. Её структура включает несколько уровней: 
• 
системный,  
• 
служебный,  
• 
инструментальный,  
• 
прикладной.