Організація баз даних та знань (стр. 3 из 26)

У цей час для баз структурованих даних розрізняють три основних типи логічних моделей даних залежно від характеру підтримуваних ними зв'язків між елементами даних мережну, ієрархічну й реляційну. Ознаками класифікації у цих моделях є: ступінь твердості (фіксації) зв'язку, математичне подання структури моделі й припустимих типів даних (див. таблицю 1.1).

Рис. 1.6 ілюструє особливості кожної моделі даних. При зіставленні моделей варто пам'ятати, що всі вони теоретично еквівалентні. Еквівалентність моделей полягає в тому, що вони можуть бути зведені одна до іншої шляхом формальних перетворень.

Таблиця 1.1 – Загальні характеристики моделей даних

Модель даних	Характер зв'язків між об'єктами	Формальне подання
Мережна	Напівтверді зв'язки	Довільний граф
Ієрархічна	Тверді зв'язки	Деревоподібна структура
Реляційна	Мінливі зв'язки	Плоский файл

1.2 Предметна область БД та її моделі

1.2.1 Поняття предметної області

Основним призначенням ІС є оперативне забезпечення користувача інформацією про зовнішній світ шляхом реалізації питально-відповідного відношення. Питально-відповідні відношення дозволяють виділити для

Рисунок 1.6 - Основні типи моделей даних

ІС певний її фрагмент - предметну область (ПО), - який буде втілений в автоматизованій ІС. Інформація про зовнішній світ подається в ІС у формі даних, що обмежує можливості змістовної інтерпретації інформації й конкретизує семантику її подання в ІС. Сукупність цих виділених для ІС даних, зв'язків між ними й операцій над ними утворить інформаційну й функціональну моделі ПО, що описують її стан із певною точністю. Інформаційна й функціональна моделі ПО є вхідними даними для процесу проектування БД.

Сукупність реалій (об'єктів) зовнішнього світу - об'єктів, про які можна задавати питання, - утворює об'єктне ядро ПО, яке має онтологічний статус. Не можна одержати в ІС відповідь на питання про те, що їй невідомо. Термін "об'єкт" є первинним поняттям. Синонімами терміна "об'єкт" є "реалія, сутність, річ". Сутність ПО є результатом абстрагування реального об'єкта шляхом виділення й фіксації набору його властивостей. На рис. 1.7 наведений один із підходів до класифікації об'єктів ПО.

Рисунок 1.7 - Класифікації об'єктів ПО

Прикладами сутностей (з погляду ІС) або об'єктів (з погляду зовнішнього світу) є окремий студент, група студентів, аудиторія, час занять, слова, числа, символи. Звичайно вважається, що бути об'єктом - це значить бути дискретним і помітним.

З об'єктами пов'язано дві проблеми: ідентифікація й адекватний опис. Для ідентифікації використовують ім'я. Використовується тільки вказівна функція імені. Ім'я - це прямий спосіб ідентифікації об'єкта. До непрямих способів ідентифікації об'єкта відносять визначення об'єкта через його властивості (характеристики або ознаки).

Об'єкти взаємодіють між собою через свої властивості, що породжує ситуації. Ситуації - це взаємозв’язки, які виражають взаємини між об'єктами. Ситуації у предметній області (ПО) описуються за допомогою висловлювань про ПО з використанням виразами і обчисленнями предикатів, тобто формальної, математичної логіки.

Методи математичної логіки дозволяють формалізувати ці твердження й представити їх у вигляді, придатному для аналізу.

Приклад. Розглянемо висловлювання: Студент Іванов А.А, народився у 1982 році.

Воно виражає такі властивості об'єкта "Іванов А.А.":

у явному вигляді - рік народження; у неявному - приналежність до студентів.

Перша властивість встановлює зв'язок між об'єктами "Іванов А.А." й "Рік народження", а друге - між об'єктами "Іванов А.А." й "Безліч студентів". Формалізація цього висловлювання подається як результат присвоювання значень змінним, які входять у предикати:

НАРОДИВСЯ (Іванов А.А., 1982) Є СТУДЕНТОМ (Іванов А.А.)

На рис. 1.8 наведений один із підходів до класифікації ситуацій у рамках ПО.

Рисунок 1.8 – Класифікація ситуацій ПО

Розрізняють статичні й динамічні ситуації. Прикладами статичних ситуацій є такі ситуації, як мати кольори, вік. Прикладами динамічних ситуацій є такі ситуації, як випекти хліб.

Наведена класифікація вводить у ПО два важливі аспекти - простір і час, до того ж час як і момент, і як інтервал. ПО існує у просторі і часі, тобто їй притаманні часові та просторові відношення і зв’язки. Необхідно розрізняти реальний час зовнішнього світу та його відображення у БД та у джерелах інформації. У БД взаємозв’язки залежні від часу і фіксуються тільки після реєстрації у БД. Таким чином, ПО у кожний певний момент часу являє собою відокремлену сукупність визначених об’єктів і ситуацій, яку називають станом ПО.

Предметна область - це цілеспрямована первинна трансформація картини зовнішнього світу у деяку картину, певна частина якої фіксується в ІС як алгоритмічна модель фрагмента дійсності.

1.2.2 Інформаційна модель ПО БД

Інформаційна модель даних призначена для подання семантики ПО у термінах суб'єктивних засобів опису - сутностей, атрибутів, ідентифікаторів сутностей, супертипів, підтипів і т.д.

Інформаційна модель ПО БД містить такі основні конструкції:

· діаграми "сутність-зв'язок" (Entity - Relationship Diagrams);

· визначення сутностей;

· унікальні ідентифікатори сутностей;

· визначення атрибутів сутностей; · відношення між сутностями; · супертипи й підтипи.

Елементи інформаційної моделі даних ПО є вхідними даними для вирішення завдання проектування БД - створення логічної моделі даних.

Предметом інформаційної моделі є абстрагування об'єктів або явищ реального світу у рамках ПО, у результаті якого виявляються сутності (entity) ПО. Як правило, вони позначаються іменником природної мови.

Сутність описується за допомогою даних, іменованих властивостями або атрибутами (attributes) сутності. Як правило, атрибути є визначеннями у висловленні про сутності й позначаються іменниками природної мови. Сутності вступають у зв'язки один з одним через свої атрибути. Кожна група атрибутів, що описуює один реальний прояв сутності, являє собою екземпляр (instance) сутності. Іншими словами, екземпляри сутності - це реалізації сутності, що відрізняються один від одного й допускають однозначну ідентифікацію.

Одним із основних комп'ютерних засобів розпізнавання сутностей у базі даних є присвоєння сутностям ідентифікаторів (Entity identifier). Часто ідентифікатор сутності називають ключем. Завдання вибору ідентифікатора сутності є суб'єктивним завданням. Оскільки сутність визначається набором своїх атрибутів, то для кожної сутності доцільно виділити таку підмножину атрибутів, що однозначно ідентифікує дану сутність.

Завдання розробника БД - забезпечити при збереженні екземплярів сутності у БД наявність у кожного її нового екземпляра унікального ідентифікатора. Унікальний ідентифікатор сутності - це атрибут сутності, що дозволяє відрізняти одну сутність від іншої. Якщо сутність має кілька унікальних ідентифікаторів, так званих можливих ключів, то розробник повинен обрати первинний ключ сутності.

Розрізняють однозначні й багатозначні атрибути. Однозначними є атрибути, які в межах конкретного екземпляра сутності мають тільки одне значення. У протилежному випадку вони вважаються багатозначними.

Кожен атрибут сутності має домен (domain). Домен це вираз, який визначає значення, дозволені для даного атрибута. Іншими словами, домен - це область значень атрибута. Розробник БД повинен проконтролювати, щоб в інформаційній моделі ПО для кожного атрибута сутностей був визначений домен.

Сутності не існують окремо один від одного. Між ними є реальні відношення (Relationship), і вони повинні бути відбиті в інформаційній моделі ПО. При виділенні відношень акцент робиться на фіксацію зв'язків та їх характеристик. Відношення (зв'язок) являє собою з'єднання (взаємовідношення) між двома або більше сутностями. Кожен зв'язок реалізується через значення атрибутів сутностей. Звичайно зв'язок позначається дієсловом. Кожен зв'язок також повинен мати свій унікальний ідентифікатор зв'язку.

Розробник БД повинен проконтролювати, щоб зв'язок між сутностями здійснювався через точно зазначені атрибути, які будуть визначати унікальний ключ зв'язку. Вибір ключів сутностей - одне з найважливіших проектних рішень, що повинен бути зробити розробник при переході від інформаційної моделі ПО до логічної моделі БД.

Зв'язки характеризуються ступенем зв'язку й класом приналежності сутності до зв'язку. Ступінь (потужність) зв'язку - це відношення числа сутностей, що беруть участь в утворенні зв'язку. Існують такі типи: "один-до-одного", "один-до-множини", "множина-домножини".

Типовою формою документування інформаційної моделі ПО є діаграми "сутністьзв'язок" (ER-діаграми). ER-діаграма дозволяє графічно подати всі елементи інформаційної моделі згідно простим, інтуїтивно зрозумілим, але чітко визначеним правилам - нотаціям. Далі ми будемо користуватися умовними позначками, прийнятими в методології інформаційного проектування.

Сутність на ER-діаграмі наводиться прямокутником з ім'ям у верхній частині. Будемо використовувати англійські слова для іменування елементів моделі.