Фонд эталонных ответов

ЗАДАНИЕ №1

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Основные понятия. Структура предметной области.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Основополагающий термин – предметная область.

Предметная область – это часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и в конечном итоге автоматизации.

База данных – это именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений по рассмотренным областям.

Структура предметной области: Пример:

Предметная область

Производственный отдел автопредприятия

Фрагменты 1..n

Менеджер по организации автоперевозок

Процессы 1..n

Приём заявки на перевозку

Объекты 1..n

Заявка

Объектно-предметная область – это отдел организации.

Фрагменты – конкретные рабочие места.

Процессы структуры выбирают из должностных инструкций конкретного рабочего места.

Объекты – это документы, которые проходят через конкретное рабочее место реального мира.

Экземпляр объекта – это информация по конкретному документу.

Задание №2

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Пользователи информационных систем. Их задачи.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Группы пользователей информационных систем - ИС:

• случайный пользователь, взаимодействие которого с ИС не обусловлено служебными обязанностями;

• конечный пользователь (потребитель информации) - лицо или коллектив, в интересах которых работает ИС. Он работает с ИС повседневно, связан с жестко ограниченной областью деятельности и, как правило, не является программистом, например, это может быть бухгалтер, экономист, руководитель подразделения;

• коллектив специалистов (персонал ИС), включающий администратора банка данных, системного аналитика, системных и прикладных программистов.

Состав и функции персонала ИС - информационных систем:

• Администратор - это специалист (или группа специалистов), который понимает потребности конечных пользователей, работает с ними в тесном контакте и отвечает за определение, загрузку, защиту и эффективность работы банка данных. Он должен координировать процесс сбора информации, проектирования и эксплуатации БД, учитывать текущие и перспективные потребности пользователей.

• Системные программисты - это специалисты, которые занимаются разработкой и сопровождением базового математического обеспечения ЭВМ (ОС, СУБД, трансляторов, сервисных программ общего назначения).

• Прикладные программисты - это специалисты, которые разрабатывают программы для реализации запросов к БД.

• Аналитики - это специалисты, которые строит математическую модель предметной области, исходя из информационных потребностей конечных пользователей; ставит задачи для прикладных программистов. На практике персонал небольших ИС часто состоит из одного - двух специалистов, которые выполняют все перечисленные функции.

ЗАДАНИЕ №3

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Терминология БД.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Предметная область - часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и в конечном итоге автоматизации. Как она правило, предметная область имеет сложную структуру и неупорядочена, поэтому для построения базы данных нам придется выбрать нужную нам совокупность объектов и связей между ними.

База данных – это именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Она содержит представления, таблицы, запросы, хранимые процедуры, правила, которые используются механизмом СУБД для защиты данных.

Банк данных (БнД) - основанная на технологии баз данных систе¬ма программных, языковых, организационных и технических средств, предназначенных для централизованного накопления и коллективном использования данных.

Информационная система (автоматизированная информационная оиотема - АИС) . - система, реализующая автоматизированный сбор, обработку и манипулирование данными и включающая технические средства обработки данных, программное обеспечение и соответству¬ющий персонал.

Приложение – в данном случае, приложение баз данных - программное обеспечение, взаимодействующее с базой данных.  СУБД – Система Управления Базами Данных комплекс программ, совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и

совместного применения базы данных многими пользователями. 

Система базы данных – СУБД с наполненной базой данных, управляемых её средствами.

ЗАДАНИЕ №4

Современные методики проектирования информационного обеспечения бизнес- процессов в области интермодальных перевозок и логистики. Классификация информационных систем.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Классификация ИС

Информационные системы подразделяются на фактографические и документальные (рис.1.4).

Рис. 1.4. Классификация ИС

Фактографические системы хранят сведения об объектах предметной области (предприятиях, подразделениях, сотрудниках, договорах и.д.) Причем сведения о каждом объекте, например, о сотруднике, могут поступать в систему из множества источников и разных документов. При размещении в памяти ЭВМ этих сведений они преобразуются и хранятся в виде записей.

В документальной системе объект хранения – документы, так как именно документы накапливаются и обрабатываются. Для обработки информации неважно, какие сведения содержатся в документах (например, о затратах горючего или перевезенных грузах). В документальной системе может потребоваться нахождение среднего значения, максимального значения или суммы по указанному столбцу во всех документах определенной формы и т.п.

Документально-фактографические системы несут в себе черты описанных классов информационных систем.

Задание № 5

Современные методики проектирования информационного обеспечения бизнес- процессов в области интермодальных перевозок и логистики. Архитектура ИС.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Современная информационная система поддерживает несколько уровней представления (абстрагирования) данных. Их разновидность принято ассоциировать с понятием архитектуры информационной системы.

Начальный уровень абстракции соответствует представлениям о предметной области конечных пользователей. Назовем их локальными пользовательскими представлениями.

Второй уровень называется инфологическим. Он представляет собой интеграцию локальных пользовательских представлений, соответствующую «взгляду» на предметную область ее администратора (директора, министра, председателя и т.д.). Он видит всё множество информационных объектов, все возможные связи (ассоциации) между ними, в то время как каждый конечный пользователь просматривает лишь ограниченный фрагмент предметной области.

Концептуальный уровень абстракции соответствует представлению о логической организации данных администратора базы данных. Этот уровень абстракции очень схож с инфологическим, но его отличие состоит в привязке к средствам реализации - СУБД. Описание БД на концептуальном уровне задается на языке описания данных используемой СУБД в терминах и ограничениях, принятых в этой системе. Поскольку каждая СУБД на концептуальном уровне поддерживает свою модель данных, преобразование инфологического описания предметной области в концептуальное для БД равных систем приводит к разным результатам.

Представление данных в памяти ЭВМ, их организацию хранения определяет внутренний уровень абстракции. Параметры внутреннего уровня представления БД влияют на эффективность информационной системы, например, на объем внешней памяти, время реакции системы.

Наконец, поддерживаемые СУБД внешние представления о данных соответствуют начальным локальным пользовательским представлениям.

На каждом уровне абстракции определяется своя модель предметней области. Таким образом, различают модель локального пользовательского представления, инфологическую модель данных и т.д.

Задание № 6

Современные методики проектирования информационного обеспечения бизнес- процессов в области интермодальных перевозок и логистики. Жизненный цикл ИС.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Жизнь информационной системы начинается о проектирования - "бумажного" периода, далее следует реализация системы и, наконец, период ее эксплуатации.

Проектирование

Этот этап выполняется посредством изучений предметной области и требований, предъявляемых к создаваемой информационной системе. На «бумажной» стадии жизни системы производится выбор:

- структуры данных и стратегии их хранения в памяти ЭВМ;

- технологии обслуживания информационной системы и взаимодействия с ней конечных пользователей;

- технических и стандартных программных средств, а также разработка оригинальных программных средств обслуживания информационной системы.

Реализация (программная реализация)

Сущность реализации заключается в материализации проекта, в перенесении его в память ЭBM. На этой стадии разрабатывается и отлаживается программное обеспечение информационной системы, создается отладочная база данных, разрабатываются многочисленные приложения. На стадии реализации тестируется и корректируется технология обслуживания информационной системы.

Эксплуатация

Эта стадия жизни информационной системы начинается о наполнения системы реальной информацией. Эксплуатация охватывает весь комплекс действий по поддержанию функционирования информационной системы: ведение словаря-справочника данных, обеспечение защиты данных, организация коллективного использования данных и другие. Кроме того, стадия эксплуатации включает в себя разработку новых приложений, а также совершенствование и последующее развитие информационной системы.

Задание № 7

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Классификация моделей БД.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Система баз данных поддерживает в памяти ЭВМ модель предметной области. Однако результат моделирования зависит не только от предметной области, но и от используемой СУБД, поскольку каждая система представляет свой инструментарий для отображения предметной области.

Этот инструментарий принято называть моделью данных. В то же время результат отображения предметной области в терминах модели данных называется моделью баз данных.

Модель данных определяется тремя компонентами:

• - допустимой организацией данных;

• - ограничением целостности (семантической);

• - множеством операций, допустимых над объектами модели данных.

Иерархическая

Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Сетевая

К основным понятиям сетевой модели базы данных относятся: уровень, элемент (узел), связь.

Узел — это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа. В сетевой структуре каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом.

Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения. Другими словами, если необходимо изменить структуру данных, то нужно изменить и приложение.

Реляционная,

Термин «реляционный» означает, что теория основана на математическом понятии отношение (relation). В качестве неформального синонима термину «отношение» часто встречается слово таблица. Почти все из наиболее известных СУБД для персональных компьютеров (DBase, Clipper, FoxPro и др.) имеют реляционную модель данных.

Столбцы – атрибуты, строки – кортежи, количество кортежей – мощность отношения, кортеж отношения соответствует 1 экземпляру объектно-предметной области.

Задание № 8

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Отношение. Атрибут. Кортеж. Ключ отношения.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

В основе реляционной модели данных лежит понятие отношения (англ. relation). Отношение удобно представляется в виде двумерной таблицы при соблюдении определенных ограничивающих условий.

Кодд показал, что набор отношений (таблиц) может быть использован для хранения данных об объектах реального мира и моделирования связей между ними. Например, для хранения объекта ВОДИТЕЛЬ используют отношение ВОДИТЕЛЬ, в котором свойства объекта располагаются в столбцах таблицы.

Столбцы отношения называют атрибутами и присваивают им имена. Список имен атрибутов оглашения называется схемой отношения.

Схема отношения:

ВОДИТЕЛЬ (Фамилкя_И_0, Табельный_номер, Дата_заключения_ контракта, Режим_работы, Номер_автоколонны, Номер_бригады).

Строки отношения называются кортежами.

Количество кортежей отношения определяет его мощность. Кортеж отношения соответствует одному экземпляру объекта предметной области.

Количество входящих в отношение атрибутов называется степенью отношения.

Реляционная база данных- это набор взаимосвязанных отношений. Каждое отношение (таблица) в ЭВМ представляется в виде файла.

В зависимости от уровня абстрагирования данных архитектуры информационной системы используются и различные виды представления этих данных. Так на начальном уровне абстракции мы манипулируем такими понятиями о предметной области, как объект, экземпляр объекта, свойство объекта.

Далее, в инфологической модели АИС для реляционной базы данных используются понятия таблица, строка, столбец. В концептуальной модели предметной области - соответственно, отношение, кортеж, атрибут. И наконец, для внутреннего представления данных в ЭВМ - файл, запись, поле.

Отношения реляционной БД в зависимости от содержания подразделяют на два класса: объектные отношения и связные отношения.

Объектное отношение хранит данные об объектах (Экземплярах объекта). Приведенное отношение ВОДИТЕЛЬ является объектным отношением.

Атрибут объектного отношения, значения которого однозначно идентифицируют его кортежи, называется ключом отношения (ключевым атрибутом). В отношении ВОДИТЕЛЬ на роль ключа претендует атрибут Табельный_номер. Для удобства ключ записывают в первом столбце таблицы. Остальные атрибуты функционально зависят от этого ключа.

Ключ может состоять ив нескольких атрибутов, тогда говорят, что отношение имеет составной ключ. Например, в отношении РАСПИСАНИЕ_Г0Р0ДСКИХ_МАРШРУТ0В ключ состоит из двух атрибутов: Номер_маршрута и. График_движения.

В объектном отношении не должно быть строк с одинаковыми ключами, т.е. не должно быть дублирования объектов. Это основное ограничение реляционной модели данных для обеспечения целостности данных.

Связное отношение хранит ключи двух или белее объектных отношений. Рассмотрим связное отношение РАБОТАЕТ (Водитель, Автобус) , означающее, что водитель обслуживает вполне определенный автобус. При этом пусть в БД имеются объектные отношения ВОДИТЕЛЬ (Табельный_номер, Фамилия. И_0, Дата_заключения_контракта, Режим_работы, Номер_автоколонны, Номер_бригады) и АВТОБУС (Государственный_номер_автобуса, Марка,_автобуса, Номер_кузова, Дата_выпуска, Завод_изготовитель, Дата_получения, Номер_автоколонны, Расход_топлива, Номер_бригады, Полный_пробег, Код_марки, Гаражный_номер, Код_топлива).

Связное отношение, кроме связываемых ключей, может иметь и другие атрибуты, которые функционально зависят от «этой связи. Примером может служить связное отношение РАБОТАЕТ (Табельный_номер, Государственный_номер, Фамилия И. О.}),

Задание № 9

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Объектное отношение. Связное отношение.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Объектное отношение хранит данные об экземплярах объекта предметной области. Например, отношение Студент хранит данные о различных студентах. Каждый студент является экземпляром объекта Студент и должен быть однозначно идентифицируем, поэтому объектное отношение должно обязательно иметь ключевой атрибут.

Объектные отношения хранят данные об информационных объектах предметной области. Например: ДЕТАЛЬ (код детали, название детали, масса детали, себестоимость) – объектное отношение.

В объектном отношении один из атрибутов однозначно идентифицирует отдельную сущность предметной области. Такой атрибут называется ключевым атрибутом. В приведенном отношении роль ключевого атрибута играет атрибут «код детали». В объектном отношении не должно быть строк с одинаковыми ключами, т.е. не должно быть дублирования объектов. Это основное ограничение реляционной модели данных для обеспечения целостности данных.

Связное отношение содержит атрибуты, характеризующие связь между объектами. Оно обязательно содержит первичные ключи участвующих в связи объектных отношений, а также атрибуты, которые функционально зависят от этой связи.

Связное отношение не обязательно содержит первичный ключ. Оно служит для того, чтобы можно было, выбрав информацию из одного отношения, использовать ее для поиска соответствующей информации в другом отношении.

Примером связного отношения может служить отношение Сдал, если кроме отношения Студент в предметной области есть еще и отношение Предмет с атрибутами Название и Количество_Часов, первый из которых является первичным ключом. Отношение Сдал в этом случае имеет атрибуты NoЗачетки, Название, Оценка и, может быть, Дата_Сдачи. Два последних атрибута в равной мере характеризуют как студента, так и предмет, который он сдает. Это оценка, полученная определенным студентом по определенному предмету, и дата ее получения. В этом отношении совокупность атрибутов NoЗачетки, Название является первичным ключом отношения Сдал, если повторная сдача студентом одного и того же предмета не допускается. В противном случае в первичный ключ должен быть добавлен еще и атрибут Дата_Сдачи. Атрибут Название является первичным ключом отношения Предмет, а атрибут NoЗачетки - первичным ключом отношения Студент.

Задание № 10

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Ограничение целостности данных.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Ограничение целостности - это набор условий и ограничений, накладываемых на отношение реляционной моделью для обеспечения достоверности данных.

Реляционная модель организации БД включает следующие средства ограничения целостности данных:

1. Не может быть одинаковых первичных ключей, т.e. все строки (записи) таблицы должны быть уникальны (по определению ключа).

2. Вое строки таблицы должны иметь одну и ту же структуру, т.е. одно и тo же количество атрибутов с соответственно совпадающими именами (выполняется при создании структур файлов баз данных).

3. Имена столбцов таблицы должны быть различными, а значения столбцов должны быть однородными (однотипными).

4. Отношения должны быть нормализованы, при этом значения атрибутов являются простыми (атомарными), т.е, в отношениях отсутствуют компоненты, представляющие собой новые отношения.

5. Должна соблюдаться ссылочная целостность для внешних ключей (ключей в связных отношениях). Это означает, что каждому внешнему ключу додана соответствовать строка 1какого-либо объектного отношения. Без такого ограничения может возникнуть ситуация, когда внешний ключ ссылается на объект, о котором ничего не известно.

6) Порядок следования строк в таблицу несущественен, так как влияет лишь на скорость доступа к строке.

Задание № 11

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Объединение".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Объединение – данная операция выполняется над двумя совместимыми отношениями.

Автобус 1 Автобус 2

Государственный номер		Гаражный номер
4460 ЛЕН 1228 ЛЕГ 3970 ЛЕН 1227 ЛЕВ		323 462 439 5
Государственный номер	Гаражный номер
4460 ЛЕН 2217 ЛЕГ 1227 ЛЕВ	323 271 5

Результат объединения включает все кортежи первого отношений и недостающие из второго отношения

Автобус

Государственный номер	Гаражный номер
4460 ЛЕН 1228 ЛЕГ 3970 ЛЕН 1227 ЛЕВ 2217 ЛЕГ	323 462 439 5 271

Задание №12

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Пересечение".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Операция «Пересечение» выполняется над двумя отношениями с совместимыми схемами. Результат пересечения содержит только те кортежи первого отношения, которые есть во втором.

АВТОБУС

Государственный_номер	Гаражный_номер
4450 ЛЕН 1227ЛЕВ	323 5

Задание №13

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Разность".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Операция выполняется над двумя отношениями с совместимыми схемами. Результат вычитания включает только те кортежи первого кортежа, которых нет во втором.

АВТОБУС

Государственный_номер	Гаражный_номер
1228 ЛЕГ 3970ЛЕН	462 439

Задание №14

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Декартово произведение".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Выполняется над операндами с разными схемами. Степень результирующего отношения равна сумме степеней отношений, а мощность – произведение их мощностей. Значения некоторых атрибутов могут быть пустыми.

В данной операции отношения, являющиеся операндами произведения, могут иметь равные схемы:

АВТОБУС ГРАФИК_ТЕХНИЧЕСКОГО_ОБСЛУЖИВАНИЯ

Гаражный_номер
462 439 424
Вид_ТО	Дата_выполнения	Отметка _ о_выполнении
ТО_1 ТО_2	20.01.94 06.04.94

ВЕДОМОСТЬ_ТО

Гаражный_номер	Вид_ТО	Дата_выполнения	Отметка _ о_выполнении
462 439 424 462 439 424	ТО_1 ТО_1 ТО_1 ТО_2 ТО_2 ТО_2	20.01.94 20.01.94 20.01.94 06.04.94 06.04.94 06.04.94

Задание №15

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Деление".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Операция Деление. Отношение – делимое Ω с множеством атрибутов (w₁,w₂…w_n) должно содержать подмножество атрибутов (w₁,w₂…w_i) отношения делителя D, где i<n. Результирующее отношение R тогда будет содержать только те атрибуты отношения Ω, которых нет в D, т.е. подмножество (w_i+1,w_i+2…w_n). В отношение R будут включаться только те кортежи, декартовы произведения которых содержаться в отношении – делимом Ω₁.

РЕЗУЛЬТАТЫ (отношение-делимое) ПРОСТОИ (отношение-делитель)

Фамилия_И_О	Группа_пробега	Простои
Максимов А.В. Максимов А.В. Маслиев В.В. Маслиев В.В. Хромов Л.А. Хромов Л.А. Горев А.Э. Терехов В.Н.	1 2 1 2 1 2 1 1	0 0 1,5 0 0 0 0,9 0
Группа_пробега	Простои
1 2	0 0

ВОДИТЕЛИ (результат-деления)

Фамилия_И_О

Максимов А.В. Хромов Л.А.

Задание №16

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Проекция".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Данная операция выполняется над одним отношением Ω с (w₁,w₂…w_n) по подмножеству атрибутов (w₁,w₂…w_i), где i<n. Результирующее отношение R будет включать атрибуты (w₁,w₂…w_i) со всеми кортежами отношения Ω, удовлетворяющими условию, что кортежи – дубликаты в отношении R должны отсутствовать.

ВОДИТЕЛИ (исходные отношения) БРИГАДЫ (проекция)

Фамилия_И_О	Номер_ автоколонны		Номер_бригады
Максимов А.В. Маслиев В.В. Хромов Л.А. Попов В.Я. Горев А.Э.	1 1 2 2 1		3 3 14 14 6
Номер_ автоколонны		Номер_бригады
1 1 2		3 6 14

Задание №17

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Выборка".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Данная операция выполняется над одним отношением. Результирующее отношение имеет тот же состав атрибутов и содержит кортежи исходного отношения, удовлетворяющие условию выборки, например, список водителей третьего класса:

ВОДИТЕЛИ (исходное) ВОДИТЕЛИ (результирующее)

Фамилия_И_О	Класс
Максимов А.В. Маслиев В.В. Хромов Л.А.	2 3 3
Фамилия_И_О		Класс
Маслиев В.В. Хромов Л.А.		3 3

Задание №18

Средства обработки данных, алгоритмы эффективного принятия оперативных решений в управлении перевозочным процессом. Операции над данными. Операция "Соединение".

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Операция выполняется над двумя отношениями W= (w₁,w₂…w_n) и Y= (Y₁,Y₂,…,Y_k). В каждом из отношений выделяется атрибут, по которому будет производиться соединение, например W₁ и Y₁ . Результирующее отношение R включает все атрибуты отношений W и Y, при этом совпадении атрибут W₁ не дублируется, R= (W₁,W₂,…,W_n,Y₂,Y₃,…,Y_k). При выполнении операции Соединение в отношение R войдут те кортежи отношений W и Y, для которых выполняется условие {W1}={Y1}.

Ω - ЗАКРЕПЛЕНИЕ Y - ВОДИТЕЛИ

Табельный_номер		Гаражный_номер
2840 3558 3397 3321		342 5 128 216
Табельный_номер	Фамилия_И_О
2840 3558 3397	Максимов А. В. Хохлов Г. А. Равин И. И.

R - РАБОТАЕТ

Фамилия_И_О	Табельный_номер	Гаражный_номер
Максимов А. В. Хохлов Г. А. Равин И. И.	2840 3558 3397	342 5 128

Задание №19

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Нормализация отношений. Первая нормальная форма.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Одной из важнейших проблем проектирования инфологической схемы БД являются выделение отношений и определение состава их атрибутов. Состав атрибутов в отношениях должен быть выбран таким образом, чтобы минимизировать дублирование данных и упростить процедуру их обработки и обновления.

Для решения данной задачи Е. Ф. Коддом был разработан в рамках реляционной модели данных аппарат нормализации отношений. Сформированные им идеи могут быть применимы и для других моделей данных.

Кодд выделил три нормальные формы отношений, каждая из которых ограничивает определенные типы допустимых функциональных зависимостей отношения. Наиболее совершенная из них – третья. В дальнейшем были введены четвертая и пятая нормальные формы. Существуют механизмы, позволяющие преобразовть любое отношение к пятой нормальной форме. В процессе таких преобразований могут выделяться новые отношения.

Первая нормальная форма. Прежде чем сформулировать определение первой нормальной формы, введем понятие простого и сложного атрибутов. Атрибут называется простым, если значения его атомарны, то есть неделимы. Сложный атрибут может иметь значения, представляющие собой конкатенацию нескольких атрибутов.

Определение 1НФ.

Отношение называется нормализованным или приведенным к первой нормальной форме, если все его атрибуты простые.

Задание №20

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Нормализация отношений. Вторая нормальная форма.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Введем понятие функциональной зависимости. Имеются два атрибута А и В. Если в любой момент времени каждому значению А соответствует не более чем одно значение атрибута В, то это означает, что В функционально зависит от А. Обозначение А В.

Если отношение находится в первой нормальной форме, то все неключевые атрибуты функционально зависят зависят от ключа отношения, но степень зависимости может быть различной.

Полная функциональная зависимость от составного ключа присутствует в том случае, когда неключевой атрибут зависит от всего составного ключа и не находится в частичной зависимости от его частей.

Определение 2НФ.

Отношение находится во второй нормальной форме, если оно находиться в первой нормальной форме и каждый неключевой атрибут функционально полно зависит от составного ключа.

Чтобы устранить частичную зависимость и привести отношение к 2НФ, необходимо разложить его на отношения следующим образом:

• Построить его проекцию, исключив атрибуты, которые находятся в частичной функциональной зависимости от составного ключа;

• Построить дополнительно одну или несколько проекций на часть составного ключа и атрибуты и атрибуты, функционально зависящие от этой части ключа.

Задание №21

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Нормализация отношений. Третья нормальная форма.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

В начале введем понятие транзитивной зависимости атрибутов. Пусть имеются три атрибута А, В и С некоторого отношения. При этом выполняется соотношение А В и В С (атрибут В функционально зависит от А, а с – от В). Обратное соответствие отсутствует, то есть не выполняется функциональная зависимость В А. В этом случае зависимость атрибута С от А называется транзитивной.

Определение 3НФ.

Отношение находится в третьей нормальной форме, если оно находится во второй норамльной форме и в нем отсутствует транзитивные зависимости от составного ключа.

Для преобразования отношений к 3НФ необходимо:

• Выявить все транзитивные связи в отношении;

• Построить первую проекцию отношения на ключевой атрибут и атрибуты, транзитивно не зависящие от ключа;

• Построить остальные проекции по одной на каждый из атрибутов, транзитивно зависящих от ключа отношения. В проекции должны входить атрибуты, функционально зависящие от транзитивного атрибута. В качестве ключа проекции используется связной атрибут в транзитной зависимости.

Задание № 22

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Реляционная модель БД. Нормализация отношений. Четвертая и пятая нормальные формы.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Четвертая нормальная форма (4НФ)

Третья нормальная форма освобождает от избыточности и аномалий выполнения операций над отношениями, если в них присутствует один ключ и отсутствуют многозначные функциональные зависимости.

Ω₁₀ - МЕХАНИК

ФИО	Гаражный_номер	Вид_ТО
Петров А.А. Петров А.А. Петров А.А. Петров А.А. Фролов А.И.	217 217 342 342 256	ТО_1 ТО_2 ТО_1 ТО_2 ТО_1

Рис. 22.1 Многозначные зависимости

В отношении Ω атрибут В находится в многозначной зависимости от А (А → В); если каждому значению А соответствует множество значений В, никак не связанных с другими атрибутами данного отношения.

Многозначная зависимость возможна при наличии в отношении хотя бы трех атрибутов: ключа и не менее двух независимых друг от друга атрибутов.

Для иллюстрации многозначной зависимости рассмотрим отношение Ω₁₀ - МЕХАНИК с ключом "Ф_И_О" (рис.20.1).

Между механиком и автобусами имеется связь типа "один ко многим" (1:М), так как каждый механик может обслуживать один и более автобусов, однако каждому автобусу (в данном примере) соответствует один механик. Здесь возможна связь и 'многие ко многим' (N:М), когда каждый автобус обслуживают одновременно несколько (N) механиков:

1 M

ФИО <--------> Гаражный_номер

Между механиком и видами технического обслуживания (ТО) имеется связь "многие ко многим" (N:M), постольку механик может проводить один или более видов ТО (в примере 1 или 2 вида ТО), и наоборот, один вид ТО могут проводить несколько механиков:

Т 2

ФИО <--------> Вид_ТО

Таким образом, в рассматриваемом отношении МЕХАНИК существуют независимые многозначные зависимости Ф_И_О→ Гаражный_номер и Ф_И_О→ Вид__ТО, так как атрибуты Гаражный номер и Вид_ТО не связаны между собой. Действительно, каждый автобус обязательно проходит два вида ТО, и поэтому хранение этой информации независимо от того, кто, где и когда обслуживает автобус, является бессмысленным. Аномалия выполнения операции здесь может быть следующая:

- при появлении нового вида технического обслуживания у механика ё отношение приходится добавлять не один кортеж, а столько, сколько автобусов он обслуживает по данному виду ТО;

- аналогичная ситуация возникает с включением в отношение нового автобуса.

Устранение аномалии достигается переходом в 4НФ.

Определение 4НФ

Отношение находится в 4НФ, если оно находится в ЗНФ и в нём отсутствуют независимые многозначные зависимости.

Все независимые многозначные зависимости должны быть разнесены в отдельные отношения с одним и тем же ключом.

Перевод отношения в 4НФ осуществляется по следующему алгоритму:

• выявить все независимые многозначные зависимости от одного того же ключа в отношении, находящемся в ЗНФ;

• построить проекции исходного отношения на каждый из атрибутов, находящихся в многозначной зависимости от одного и того же атрибута, избираемого в качестве ключа результирующих отношений;

• остальные атрибуты (если они есть) добавляются в ту или иную проекция по функциональной зависимости.

В рассматриваемом отношении МЕХАНИК, как уже отмечалось выше, имеются две независимые многозначные зависимости Ф_И_О →Гаражный_номер и Ф_И_О→ Вид_ТО. Исходя из этого, далее строятся две проекции по одной на каждый из атрибутов Гаражный_номер и Вид_ТО, находящихся в многозначной зависимости от одного и того же атрибута ФИО, который выбирается в качестве ключа каждой из этих проекций. В соответствии с определением операции ПРОЕКЦИЯ дубликаты кортежей из результирующих отношений удаляются (рис.22.2).

Ω₁₁ - МЕХАНИК_АВТОБУС

Ф_И_О	Гаражный_номер
Петров А.А. Петров А.А. Фролов А.И.	217 342 256

Ω₁₁ - МЕХАНИК_ТО

Ф_И_О	Вид_ТО
Петров А.А. Петров А.А. Фролов А.И.	ТО_1 ТО_2 ТО_1

Рис. 22.2 Четвертая нормальная форма

Такая декомпозиция должна гарантировать обратимость, то есть обеспечивать получение исходных отношений путем выполнения операций соединения над их проекциями. Обратимость предполагает выполнение следующих условий:

• отсутствие потери кортежей;

• отсутствие появления новых кортежей;

• сохранение функциональных зависимостей.

Однако декомпозиция не всегда гарантирует обратимость. При наличии в отношении более трех многозначных зависимостей (рис.22.3) требуются специальные меры для обеспечения зависимости по отношению его проекций.

Ω₁₃ –МЕХАНИК

Ф_И_О	Дата	Гаражный_номер	Вид_ТО	N_проездной_канавы
Петров А.А.	12/11/96	217	ТО_1	1
Петров А.А.	10/12/96	217	ТО_2	2
Петров А.А.	13/11/96	342	ТО_1	1
Петров А.А.	11/12/96	342	ТО_2	1
Фролов А.И.	14/11/96	256	ТО_1	3
Петров А.А.	12/12/96	218	ТО_2	1
Петров А.А.	14/11/96	256	ТО_1	3

Рис.22.3 Отношение с тремя многозначными зависимостями

Пятая нормальная форма (5НФ)

Определение пятой нормальной формы

Отношение находится в 5НФ, если оно находится в 4НФ и удовлетворяет зависимости по соединению.

Это означает, что из 5НФ путем выполнения операций соединения может быть восстановлено без потерь любое исходное отношение. Для этого из 4НФ получают такие проекции, каждая из которых должна содержать не менее одного возможного ключа и, по крайней мере, один неключевой атрибут исходного отношения.

Так же необходимо отметить, что процесс нормализации отношений устраняет следующие типы функциональных зависимостей:

• частичные зависимости неключевых атрибутов от ключа;

• зависимости ключей от неключевых атрибутов;

• транзитивные зависимости неключевых атрибутов от ключа;

• независимые многозначные зависимости, а также обеспечивает зависимость по соединению.

Уровень нормализации отношения зависит от его семантики, заданной функциональными связями.

Задание № 23

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Модели данных, поддерживаемые СУБД.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Хранимые в базе данные имеют определенную логическую структуру - иными словами, описываются некоторой моделью представления данных (моделью данных), поддерживаемой СУБД. К числу классических относятся следующие модели данных:

• иерархическая;

• сетевая;

• реляционная.

Эта классификация весьма условна, так как каждая СУБД поддерживает оригинальную модель данных.

1. Иерархическая

Иерархические базы данных могут быть представлены как дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень занимает один объект, второй — объекты второго уровня и т. д.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок.

2. Сетевая

Сетевые базы данных подобны иерархическим, за исключением того, что в них имеются указатели в обоих направлениях, которые соединяют родственную информацию.

Несмотря на то, что эта модель решает некоторые проблемы, связанные с иерархической моделью, выполнение простых запросов остается достаточно сложным процессом.

Также, поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения. Другими словами, если необходимо изменить структуру данных, то нужно изменить и приложение.

3. Реляционная

Реляционные модели данных отличаются от рассмотренных выше сетевых и иерархических простотой структур данных, удобным для пользователя табличным представлением и доступом к данным. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц — отношений (объектов модели). Связи между двумя логически связанными таблицами в реляционной модели устанавливаются по равенству значений одинаковых атрибутов таблиц – отношений.

Таблица-отношение является универсальным объектом реляционных моделей. Это обеспечивает возможность унификации обработки данных в различных СУБД, поддерживающих реляционную модель. Операции обработки реляционных моделей основаны на использовании универсального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления.

Таблица является основным типом структуры данных (объектом) реляционной модели. Структура таблицы определяется совокупностью столбцов. В каждой строке таблицы содержится по одному значению в соответствующем столбце. В таблице не может быть двух одинаковых строк. Общее число строк не ограничено.

Столбец соответствует некоторому элементу данных — атрибуту, который является простейшей структурой данных. В таблице не могут быть определены множественные элементы, группа или повторяющаяся группа, как в рассмотренных выше сетевых и иерархических моделях. Каждый столбец таблицы должен иметь имя соответствующего элемента данных (атрибута). Один или несколько атрибутов, значения которых однозначно идентифицируют строку таблицы, являются ключом таблицы.

В реляционном подходе к построению баз данных используется терминология теории отношений. Простейшая двумерная таблица определяется как отношение. Столбец таблицы со значениями соответствующего атрибута называется доменом, а строки со значениями разных атрибутов — кортежем.

Наиболее перспективной безоговорочно признается реляционная модель, хотя большинство коммерческих систем все еще базируется на одной из двух других моделей.

Однако следует полагать, что в скором будущем реляционная модель займет первое место. Почти все наиболее известные СУБД для персональных компьютеров (Dbase, Clipper, FoxPro) имеют реляционную модель данных. Концепция модели была предложена с вязи с решением следующей задачи – обеспечение и описание данных независимо от прикладных программ.

Задание № 24

Средства и методы накопления данных в информационном обеспечении транспортного процесса. Основы технологии БД. Организация хранения данных.

ЭТАЛОННЫЙ ОТВЕТ

Среди самых важных характеристик любой базы данных следует назвать производительность, надежность и простоту администрирования. Знание того, как большинство СУБД физически хранят данные во внешней памяти, представление о параметрах этого хранения и соответствующих методах доступа может очень помочь при проектировании баз данных, обладающих заданной производительностью.