Парадигма развития науки (стр. 44 )

На основе базовых процедур возможно конструирование более универсальных запросных средств.

Следует иметь в виду, что возможности инфологической модели существенно меньше возможностей естественного языка и их удобно использовать лишь в тех случаях, когда модель предметной области позволяет описать только очевидные факты.

22.7. Проектирование данных

В процессе проектирования данных можно выделить два этапа: инфологический и даталогический.

На инфологическом этапе проектирования рассматриваются во­просы, связанные со смысловым содержанием данных.

Даталогиче­ский этап проектирования направлен на решение вопросов пред­ставления данных в памяти машины.

Даталогическое проектирова­ние, в свою очередь, подразделяют на логическое и физическое.

Таким образом, процесс проектирования БД представляет со­бой сложный многоуровневый процесс, охватывающий все аспекты ее использования: от удобства обращения к базе пользователей до конкретного представления данных в ЭВМ.

Весь процесс проектирования можно представить в виде после­довательности операций, начинающихся с описания предметной области и заканчивающихся схемой внутренней модели базы дан­ных.

На первом этапе проектирования (инфологическом) изучается предметная область и проводится ее описание. С этой целью иден-

тифицируются все типы объектов (сущностей), представляющие интерес для введения в БД, определяются связи между этими объ­ектами, а также выявляются ограничения. Для описания предмет­ной области обычно используют концепцию моделей данных: «сущность—связь» или «инфологическую модель». Эти описания позволяют обеспечить взаимодействие между пользователями и проектировщиками системы. Проектирование начинается с предва­рительной структуризации предметной области. Обычно для об­легчения этого процесса составляется перечень вопросов, на которые требуется ответить:

какие типы объектов входят в состав предметной области?

каковы имена каждого типа объ­ектов?

каково значение (семантика) каждого типа?

какими средствами обладает каждый тип объекта?

какие атрибуты объектов пред­ставляют интерес?

каковы имена каждого атрибута?

На основе собранной информации о типах объектов выявляют­ся типы существующих связей для систематизации собираемой ин­формации, а также предлагается использовать вопросы следующе­го плана:

какие типы связей (отношений) могут иметь место между каж­дой парой типов объектов?

каковы имена каждого типа связи?

каково значение каждого типа связи?

Собранную информацию оформляют в виде специальных диа­грамм. Часто для обозначения объектов используют прямо­угольники, и для атрибутов — овалы, соединяя их с соответствую­щими объектами ненаправленными ребрами. Для обозначения связей используются ромбы, которые также соединяют их с объек­тами ребрами.

Пример. Рассмотрим графическую диаграмму, соответствующую описанию предметной области производства телевизоров (рис. 22.27).

Рис. 22.27. Пример графической диаграммы

При создании описания предметной области проектировщик разбивает ее на ряд локальных областей, которые потом объединя­ются. Выбор размеров локальных областей в общем случае явля­ется произвольным. Но для удобства проектирования в одной ло­кальной области рекомендуют использовать не более 6—7 объектов.

Моделирование локальных представлений. Для представления информации в модели «сущность-связь» конструктивными элемен­тами модели являются: сущность, атрибуты и связи.

Основным элементом локального представления некоторого явле­ния, процесса или объекта предметной области, о котором необхо­димо собрать информацию, является сущность. При формулирова­нии сущностей следует различать такие понятия, как тип и экземп­ляр.

Понятие тип сущности относится к набору однородных предметов или явлений, выступающему как целое. Экземпляр сущности относится к конкретному элементу набора. Например, типом сущности может быть ТЕЛЕВИЗОР, а экземпляр сущно­сти — РУБИН. На концептуальном этапе проектирования необхо­димо сформулировать сущности, требуемые для описания локаль­ного представления. При этом возникает проблема ее выделения в качестве конструктивного элемента, так как некоторая информа­ция может быть представлена как атрибут, сущность или связь. Например, тот факт, что конкретный студент учится в институте, может быть выражен сущностью СТУДЕНТ, либо связью УЧИТ­СЯ между сущностью СТУДЕНТ и ИНСТИТУТ, либо как атрибут в сущности ГРУППА ИНСТИТУТА.

При возникновении такой неоднозначности формулирования сущностей рекомендуется руководствоваться следующими прави­лами:

1. Необходимо выбирать вариант, более гибкий с точки зрения представления информации, т. е. позволяющий представлять не только всю часть некоторой информации, но и ее отдельные фраг­менты.

2. Для моделирования порции информации должна использо­ваться одна и только одна конструкция. Другими словами, следует избегать избыточности в использовании конструктивных элементов.

Другое важное положение, связанное с формулированием сущ­ностей, касается выбора наименований сущности. Так как она пред­ставляет собой информационный факт, то этому факту должно быть дано четкое наименование, что имеет важное значение для стадии объединения локальных представлений.

Выбор атрибутов сущности. Свойства сущностей определяются с помощью атрибутов.

Атрибут — это характеристика сущности, имеющая имя. Атрибу­ты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности СТУДЕНТ могут быть: НОМЕР ЗАЧЕТНОЙ КНИЖКИ, ПОЛ, НО­МЕР ГРУППЫ и т. д.

Несмотря на то что совокупность атрибутов не может служить основой для выделения сущностей, из множества атрибутов обычно выделяют несколько (или один) атрибутов, позволяющих однознач­но распознавать экземпляр сущности.

Атрибут (или совокупность атрибутов), значение которого един­ственным образом определяют экземпляр сущности, называют ключом. Если для описания типа сущностей выбрана совокупность

атрибутов, не содержащих ключа, то создается специальный атри­бут, играющий роль ключа. В общем случае сущность может иметь несколько ключей.

Таким образом, атрибуты могут быть разделены на два класса: те, которые служат для идентификации экземпляров сущности, т. е. являются ключами, и те, которые описывают свойства сущ­ностей.

На этапе построения локальных представлений в процессе выбо­ра атрибутов рекомендуется каждому ставить в соответствие сле­дующие характеристики:

- наименование, т. е. уникальное обозначение атрибута;

- описание — словесное изложение смысла атрибута;

- роль, т. е. конкретное использование атрибута.

Спецификация связей. После выделения сущностей, характери­зующих предметную область, и соответствующих атрибутов локаль­ное представление дополняется информацией, раскрывающей зави­симости между экземплярами сущностей.

Одна из неформальных процедур для этого шага заключается в попарном объединении между собой всех экземпляров сущностей, входящих в рассматриваемое локальное представление, и установ­лении существования некоторой связи для каждой пары сущностей.

После их выявления определяются связи необходимые и избы­точные. Каждой необходимой связи присваивается имя и определяются ее характеристики, которые включают тип связи (1:1, 1:М, М:М, М:1).

Объединение моделей локальных представлений. В результате объединения локальных представлений получается единая глобаль­ная информационная структура. Объединение может быть осуще­ствлено на базе трех основополагающих подходов: идентичности, агрегации и обобщении.

Идентичность позволяет объединять несколько сущностей путем объединения двух или более элементов синонимами.

Для проверки согласованности результата объединения локаль­ных представлений на основе понятия идентичности предложено следующее правило:

Если объект из одного локального представления идентичен объекту из дру­гого представления, ни один из этих объектов не должен в дальнейшем прини­мать участие в каком-либо другом объединении идентичности между этими двумя представлениями.

В нескольких локальных представлениях рассматривается один и тот же объект, но его отдельные составляющие могут различать­ся. Например, имеется два локальных представления ТЕЛЕВИЗОР (рис. 22.28, а).

В результате объединения идентичности вместо отдельных ло­кальных представлений будет построено новое (рис. 22.28, б).

Рис. 22.28. Объединение идентичности

Агрегация позволяет рассматривать связь между элемента­ми модели как новый элемент. Например, сущность ФАКУЛЬТЕТ может быть рассмотрена как агрегация сущностей КАФЕДРА, ДЕ­КАНАТ.

При объединении представлений агрегация встречается в сле­дующих двух формах.

1. В одном представлении агрегатный объект определяется как целое, а в другом — в виде составных частей.

Например, в одном локальном представлении определены в ка­честве сущности объект ТЕЛЕВИЗОР, а в другом — блоки: КИНЕ­СКОП, БЛОК ЯРКОСТИ, БЛОК РАЗВЕРТКИ, являющиеся составными частями объекта ТЕЛЕВИЗОР. Причем во втором пред­ставлении не указан явно тот факт, что вышеперечисленные блоки — составные части телевизора.

Простое объединение позволяет слить эти два локальных пред­ставления, не выражая явным образом, что ТЕЛЕВИЗОР являет­ся агрегацией частей КИНЕСКОП, БЛОК ЯРКОСТИ, БЛОК РАЗВЕРТКИ. Чтобы включить эту информацию в модель объеди­ненного представления, необходимо выполнять объединение с ис­пользованием агрегации.

2. Агрегатный объект в одном локальном представлении до конца как единое целое не определен.

Например, в одном представлении определены КИНЕСКОП и БЛОК ЯРКОСТИ, а в другом БЛОК РАЗВЕРТКИ, БЛОК СИН­ХРОНИЗАЦИИ, БЛОК ЦВЕТНОСТИ, являющиеся составными частями объекта ТЕЛЕВИЗОР, который не назван ни в одном представлении. Для повышения возможностей совместного исполь­зования данных можно ввести в рассмотрение агрегат ТЕЛЕВИ­ЗОР (рис. 22.29).