15. Инфологическое проектирование базы данных

Инфологический подход к проектированию информационных систем не формализован и зависит во многом от искусства проектировщика, поэтому рассмотрим общую методологию инфологического проектирования, основанную на модели «сущность – связь» (ER – модели)

МОДЕЛЬ «СУЩНОСТЬ – СВЯЗЬ» (ER- МОДЕЛЬ)

Данная модель используется только на этапе инфологического проектирования предметной области. При описании данной модели используются три основных элемента: сущность, атрибут, связь.

Сущность – абстракция реально существующего объекта, процесса или явления, о которых необходимо хранить информацию в системе.

Сущность может быть материальная (предприятие, изделие, и т.п.) и нематериальная(рефераты научных статей, знания и т.п.).

Тип сущности определяет набор однородных объектов(например, сотрудники учреждения). Экземпляр сущности – конкретный объект в наборе (конкретный сотрудник). Для определения конкретных сущностей используются идентификаторы, которые позволяют отличать одну сущность от другой.

Атрибут – поименованная характеристика сущности.

Основное назначение атрибута – описание свойств сущности или идентифицировать экземпляр сущности, если атрибут используется как идентификатор.

Сущность детали - <название, фирма-изготовитель, год-выпуска, шифр-детали>

Связи – выступают в модели в качестве средства, с помощью которого представляются отношения между сущностями для данной ПО.

Связи могут быть бинарными(между двумя сущностями) и в общем случае n-арные. В модели «сущность – связь» используются только бинарные связи.

Связь 1:1

Один экземпляр сущности, от которого направлена связь, идентифицирует один и только один экземпляр другой сущности, к которому направлена связь, и наоборот.

Связь типа «является ответственным квартиросъемщиком».

Связь 1:М

С одним экземпляром сущности могут быть связаны либо несколько экземпляров сущности, либо один, либо не одного.

Связь типа «имеет в составе» между сущностями «город» и «район».

Связь М:1

Является обратным отображением связи 1:М.

Связь M:N

С помощью отображения M:N определяется тип связей, между двумя сущностями, при которой каждому экземпляру одной сущности может соответствовать 0,1 или несколько экземпляров другой сущности и наоборот.

Связи типа «студент» и «дисциплина»

Все четыре вида связей широко распространены. Иногда необходимо рассматривать однонаправленную связь одной сущности к другой. Различают простую и многозначную связи.

При простой однонаправленной связи одному экземпляру одной сущности соответствует один экземпляр другой сущности. При этом обратная связь не определена.

Связь типа «начальник отдела» между «отдел» и «служащий».

При многозначной однонаправленной связи от одной сущности к другой одному экземпляру одной сущности соответствует 0,1 или несколько экземпляров другой сущности. При этом обратная связь не определена.

Связь типа «перенесенное заболевание» между сущностями «пациент» и «заболевание».

При оформлении проекта для наглядности используются графические диаграммы, в которых тип сущности обозначается прямоугольником, атрибуты – овалами. Атрибуты соединяются с сущностями не направленными ребрами. Идентифицирующие атрибуты подчеркиваются. Связи(отношения) изображаются ребрами. С типами сущностей связи соединяются ребрами: в случае бинарных связей – направленными, в других случаях – не направленными.

Конечным этапом построения модели является использование только бинарных связей.

СУЩНОСТЬ

ОПИСАТЕЛЬНЫЙ АТРИБУТ

ИДЕНТИФИЦИРУЮЩИЙ АТРИБУТ

НЕНАГРУЖЕННАЯ СВЯЗЬ

НАГРУЖЕННАЯ СВЯЗЬ

СВЯЗЬ 1 : 1

СВЯЗЬ 1 : М

СВЯЗЬ М : N

НАПРАВЛЕННАЯ СВЯЗЬ 1: М

МНОГОЗНАЧНАЯ СВЯЗЬ 1 : М

Инфологическое проектирование предметной области.

При моделировании сложной предметной области проектировщик разбивает ее на ряд локальных областей, описывает каждое локальное представление моделью типа «сущность – связь», а затем объединяет их в концептуальную модель.

Для каждого локального представления необходимо прежде всего выделить сущности, требуемые для его описания.

Формирование сущностей рассмотрим на примере моделирования локального представления «Поставка товаров на склад». Предположим, что в одной поставке может участвовать только один вид товара. Поставок может быть несколько. Модель сущности «поставка». Учитывая, что построение моделей ведется от реального мира, мы должны предусмотреть возможность ответа и на другие информационные запросы, что приведет к появлению моделей других сущностей.

1. Дать информацию об отдельном поставщике, который не выполняет поставок в настоящее время. Для этого необходимо ввести в локальную модель сущность «поставщик» с соответствующими атрибутами, связать с сущностью «поставка» и удалить избыточные элементы.

<схема 4>

2. Дать информацию об отсутствующих на складе товарах. Необходимо ввести в модель сущность «товар».

<схема 5>

3-4. Какие товары может поставлять отдельный поставщик?.

Какие поставщики могут поставлять данный товар?.

Для ответа на эти вопросы в модели достаточно осуществить связи между сущностями «поставщик» и «товар»(пунктир).

В данной модели 3 типа сущностей.

Если в локальной модели большое количество типов сущностей, это говорит о том, что локальная область слишком велика и ее необходимо разбить на несколько более мелких локальных областей.

Затем составляется спецификация всех элементов.

I Типы сущностей: поставщик, поставка, товар

ПОСТАВЩИК : идентификатор, `индекс поставщика`

описательный атрибут `АДРЕС ПОСТАЩИКА`

ПОСТАВКА : идентификатор `ШИФР ПОСТАВКИ`

описательный атрибут ` количество поставленного товара`

`ШИФР СКЛАДА`

`ДАТА ПОСТАВКИ`

ТОВАР : -“-

II Типы связей:

ПОСТАВЛЯЕТ : отображение 1:М от поставщик к поставка

МОЖЕТ БЫТЬ ПОСТАВЛЕН : многозначная однонаправленная связь от ТОВАР к

ПОСТАВЩИК

-“-

III Спецификация атрибутов

ИНДЕКС ПОСТАВКИ : следовательно цифровой, 8 символов

ЦЕНА ЕДИНИЦА ТОВАРА : числовой, от 0000.00 до 9999.99

Предметная область БнД определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения.

Состояние ПО в некоторый момент времени t может быть описано совокупностью предложений некоторого языка, определяющих все истинные в момент времени t факты.

Проектирование БД начинается с предварительной структуризации ПО, объекты реального мира подвергаются классификации, фиксируются свойства, посредством которых будут описываться в БД конкретные объекты этого типа; фиксируются виды отношений (взаимосвязей) между объектами.

Затем решаются вопросы о том, какая информация об этих объектах должна быть представлена в БД и как ее представить с помощью данных.

Идея установления соответствия между состоянием ПО, его восприятием и представлением в базе данных лежит в основе инфологического подхода к проектированию информационной системы.

Согласно инфологическому подходу при проектировании необходимо различать:

– явления реального мира;

– информацию об этих явлениях;

– представление этой информации посредством данных.

В соответствии с этой концепцией в подходе выделяют следующие три сферы:

– реальный мир или объектную сист.;

– информационную сферу;

– даталогическую сферу;

Объектная система имеет следующие составляющие:

объект, свойства, связь (или объектное отношение), время.

Эти понятия являются основными составляющими объектной системы.

Объект в инфологическом подходе – это то, о чем в информационной системе должна храниться информация. Выбор объектов производится в соответствии с целевым назначением информационной системы. Объекты могут быть атомарными или составными. Для составного объекта должны быть определены его внутренние составляющие (которые могут быть атомарными или составными).

Каждый объект в конкретный момент времени характеризуется определенным состоянием. Это состояние описывается с помощью ограниченного набора свойств и отношений(связей) с другими объектами.

Каждый объект в любой момент времени отличается от других объектов набором свойств.

Свойства объекта могут не зависеть от его связей (отношений) с другими объектами, т.е. являются локальными, а могут зависеть, в этом случае они являются реляционными.

Каждая связь между объектами по числу входящих в нее объектов характеризуется степенью n=2,3,…k (бинарная, тернарная,…,к-арная).

Объекты имеют определенное состояние как в отдельные моменты, так и в течение некоторых временных интервалов. Концепция времени позволяет строить динамические модели, в которых отображается зависимость от времени составляющих объектной системы.

Основные составляющие объектной системы могут быть скомбинированы в базисные структуры, называемые элементарными ситуациями.

Элементарной ситуацией называется тройка <o,u,t>,

где o – объект (или n объектов)

u – устройство (n-арная связь)

t - время.

Вводится понятие элементарных ситуаций типа свойств <o,p,t> и элемент ситуаций реляционного типа <<o₁, o₂, …..o_n>, r, t >

o –объект, p – элемент множества свойств, r – элемент множества связей.

Для конкретной ПО, для определенного типа объектов элементарные ситуации, существующие в некоторые моменты времени, называются элементарными фактами.

Множество всех объектов, имеющих общее свойство р, называется группой объектов О(р). Группы объектов могут быть как пересекающимися, так и не пересекающимися.

Центральным понятием в инфол. подходе является тип элементарной ситуации <x,y>

где x – объектная группа

y – атрибут (множество свойств объектной группы) или связь между n объектами.

Составляющие объектной системы могут группироваться в классы подобных составляющих. Объекты группируются в типы объектов – группы объектов. Свойства формируют атрибуты. Элементарные ситуации группируются в типы элементарных ситуаций.

Информационная сфера представляется в понятиях, с помощью которых можно формально описать и проанализировать информацию об объектной системе.

Основным понятием в этом разделе является сведение. Для каждого сведения всегда определена предметная цель, т.е. указано, к чему оно относится. Сведение может относится к объектной группе, к атрибуту, связи, времени, ситуации. Сведения представляют собой смысловые, концептуальные образы составляющих, которые используются человеком при восприятии и осмыслении реальных объектов. Различные сведения могут относиться к одной и той же составляющей объектной системы, и наоборот.

Одиночное сведение называется универсальным именем. Сведения, не имеющие универсальной однозначности, называются локальным именем.

Сведения представляются выражениями, основу которых составляют элементарные сообщения. Структура элементарного сообщения соответствует структуре элементарной ситуации:

<x, y, z>

x-сведения об объекте, y-сведения о свойствах или связях, z-сведения о времени.

Аналогично элементарным ситуациям в рассмотрение вводятся элементарные сообщения типа свойств и элементарные сообщения реляционного типа.

Тройка <x, y, z> представляет собой полное элементарное сообщение. Оно содержит сведения об объекте, о предикате и о времени. Если отсутствует хотя бы одна составляющая, получается неполное элементарное сообщение. Запросы к ИС представляются в неполных элементарных сообщениях.

Полные элементарные сообщения выражают элементарные ситуации объектной системы и выступают в качестве элементарных информационных единиц.

Множеству допустимых элементарных ситуаций объектной системы соответствует множество значимых полных элементарных сообщений.

В датологической сфере рассматриваются вопросы представления с помощью данных выделенных информационных структур объектной системы.

Таким образом для отображения ОС в информационную сферу необходимо определить:

• объекты, важные для данного применения;

• свойства, которые могут иметь объекты;

• связи, существующие между объектами;

• имена, которые можно присвоить отдельным составляющим ОС.

Для точной спецификации объектной системы вместо раздельного описания типов объектов, атрибутов, связей и ограничений используется тип элементарной ситуации.

Выполненная спецификация представляет собой инфологическую модель ОС, в которой отражены составляющие ПО и связи между ними.

Инфологический подход не представляет формальных способов моделирования реальности, но дает основы методологии проектирования БД.