Конспект лекций для специальности «Прикладная информатика в экономике»

Вид материала

Содержание

Глава 4. структурные методы и средства моделирования систем управления
4.1. Методология построения реляционных структур
4.1.1. Диаграмма сущность-связь
Многие - ко многим
4.1.2. Модель данных, основанная на ключах
Реляционная модель
4.1.3. Полная атрибутивная модель

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ГЛАВА 4. СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Ранее отмечалось, что для целей моделирования систем используются группы средств, отображающих:

функции, которые системы должна выполнять, - FDD (Functional Decomposition Diagrams – диаграммы функциональной декомпозиции),
информационные процессы, обеспечивающие выполнение указанных функций, - DFD (Data Flow Diagrams – диаграммы потоков данных),
данные, используемые при выполнении функций, и отношения между этими данными - ERD (Entity-Relationship Diagrams – диаграммы «сущность-связь»).

Эти средства связаны как с соответствующими методами, так и с программно-аппаратным инструментарием, называемым CASE-технологией, и рассматриваются в данной главе.

4.1. Методология построения реляционных структур

Для решения задач моделирования сложных объектов существуют определенные методы и стандарты. К ним относятся методологии семейства IDEF, представителем которого является стандарт IDEF1X (Integrated computer aided manufacturing DEFinition eXtended) – методология построения реляционных структур типа «сущность-взаимосвязь» (ER – Entity-Relationship), используемая для моделирования реляционных баз данных.

В соответствии с этим стандартом различают три уровня логической модели, которые отличаются по глубине представления информации о данных:

диаграмма «сущность-связь» (Entity Relationship Diagram – ERD),
модель данных, основанная на ключах (Key Based model – KB),
полная атрибутивная модель (Fully Attributed model – FA).

4.1.1. Диаграмма сущность-связь

Включает основные сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области и удовлетворяющие основным требованиям к ИС. Как правило, используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами.

Основные компоненты – сущности, атрибуты и связи:

сущность является множеством подобных индивидуальных объектов – экземпляров. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от остальных.
атрибут выражает определенное свойство объекта. С точки зрения баз данных сущности соответствует таблица, экземпляру сущности – строка в таблице, атрибуту – колонка таблицы. Идентифицирующий атрибут позволяет выделить один экземпляр сущности.
связь является логическим соотношением между сущностями. Каждая связь должна именоваться глаголом или глагольной фразой. Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы.

R^¹-модель применяет следующие обозначения базовых понятий:

сущность

атрибут сущности

идентифицирующий атрибут

связь

Сущность и её атрибуты соединяются ненаправленными дугами:

Связи между сущностями могут быть 3-х типов:

Один - к одному. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида соответствует не более одного объекта второго вида, и наоборот:

Один - ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, но каждому объекту второго вида соответствует не более одного объекта первого вида:

Многие - ко многим. Этот тип связи означает, что каждому объекту первого вида может соответствовать более одного объекта второго вида, и наоборот.

Если связь соединяет две сущности, она называется бинарной. Связь может соединять более двух сущностей, например, связь, соединяющая три сущности, называется тернарной:

Пусть, например, требуется разработать ER-модель, описывающую организационную структуру кафедр вуза. Тогда кафедры являются предметной областью для задачи. Данная предметная область характеризуется следующими сущностями и их атрибутами:

сотрудник – ФИО, ученая степень, научное звание, контактные данные;
кафедра – название, шифр в вузе;
должность – название, образование.

Сформируем ER-диаграмму, описывающую сущности и связи между ними:

Определим, какие атрибуты могут играть роль идентифицирующих:

для сущности кафедра оба атрибута однозначно определяют объект, поскольку не бывает в рамках одного вуза разных кафедр с одинаковыми названиями или шифрами. Для выбора следует ориентироваться на то, какой атрибут, скорее всего, будет использоваться при поиске нужной записи в БД. Очевидно, пользователю удобнее применять название кафедры, поэтому данный атрибут определим как идентифицирующий;
для сущности должность идентифицирующим может служить атрибут название, поскольку разные должности могут характеризоваться одним значением атрибута образование (высшее, среднее и т.д.);
для сущности сотрудник дело обстоит гораздо сложнее. Предметная область такова, что в реальной ситуации ни один из указанных атрибутов не может служить идентифицирующим. В самом деле, в вузе возможны сотрудники с одинаковыми ФИО. Гораздо меньше вероятность полных тезок и однофамильцев в рамках одной кафедры. Тогда в качестве идентифицирующих атрибутов следует использовать совокупность идентификаторов сотрудников и кафедр.

4.1.2. Модель данных, основанная на ключах

ER-модель предметной области позволяет перейти к формированию логических моделей данных, наиболее значимой из которых на настоящий момент является реляционная модель.

Реляционная модель – это совокупность элементов данных, описывающих однородные факты (или сущности) предметной области, а потому имеющие одинаковый состав характеристик.

Например, следующая таблица описывает факты, отражающие результаты сдачи сессии студентами:

фамилия, имя, отчество	оценки в сессию
Иванов Иван Иванович	Информатика – 5, КСЕ – 4, Программирование – 5
Федоров Федор Федорович	Информатика – 3, КСЕ – 3, Программирование – 4
Петров Петр Петрович	Информатика – 5, КСЕ – 4, Программирование – 5

Эти факты можно представить по-другому, устранив повторение одних и тех же данных в таблице (в примере – это названия дисциплин Информатика, КСЕ и Программирование):

фамилия, имя, отчество	Информатика	КСЕ	Программирование
Иванов Иван Иванович	5	4	5
Федоров Федор Федорович	3	3	4
Петров Петр Петрович	5	4	5

Элемент данных, играющий роль идентификатора объекта, называется ключевым полем, или попросту ключом. Ключ, выполняющий однозначную идентификацию, называется первичным. Ключ, выполняющий многозначную идентификацию, называется вторичным. Если в качестве ключа выступает один элемент данных, такой ключ называется простым. Если используются несколько элементов данных в качестве ключа, такой ключ называется составным.

Для нашего примера в качестве первичного (причем, простого) ключа может использоваться поле «фамилия, имя, отчество», вторичным ключом могут служить поля «Информатика», «КСЕ», «Программирование», с помощью которых можно организовать выборки по оценкам.

Рассмотрим несколько измененную таблицу с результатами сессии:

фамилия, имя, отчество	Информатика	КСЕ	Программирование
Иванов Иван Иванович	5	4	5
Федоров Федор Федорович	3	3	4
Петров Петр Петрович	5	4	5
Иванов Иван Иванович	3	5	5

Анализ показывает, что среди студентов есть полные тезки. В таком случае, поле «фамилия, имя, отчество» нельзя использовать как первичный ключ, поскольку оно определяет более одного экземпляра сущности «студент».

Введем в таблицу дополнительное поле «шифр учебной группы»:

фамилия, имя, отчество	шифр учебной группы	Информатика	КСЕ	Программирование
Иванов Иван Иванович	АС	5	4	5
Федоров Федор Федорович	АС	3	3	4
Петров Петр Петрович	ВТ	5	4	5
Иванов Иван Иванович	ИЭ	3	5	5

Видно, что студенты-тезки учатся в разных учебных группах. Это позволяет использовать составной первичный ключ вида «фамилия, имя, отчество»_«шифр учебной группы», который даст возможность их различать.

Если использование составного первичного ключа также не помогает разрешить проблему однозначной идентификации (например, когда полные тезки учатся в одной группе), то вводят дополнительное поле, решающее эту задачу, например, «номер зачетной книжки», которое и принимают за первичный ключ.

Для построенной ранее ER-модели следует сформировать три реляционные структуры, поскольку выделены три сущности, причем для таблицы, соответствующей сущности сотрудник, требуется составной первичный ключ, включающий атрибуты ФИО, название кафедры (первичные ключи выделены полужирно):

сотрудник

ФИО	ученая степень	научное звание	контактные данные	название_ кафедры	название_должности
…	…	…	…	…

кафедра должность

название	шифр в вузе		название	образование
…	…		…	…

Все остальные поля могут рассматриваться как вторичные ключи, если пользователь заинтересован в организации последующего доступа к данным по этим полям.

Следует отметить, что таблица «сотрудник», помимо атрибутов сущности «сотрудник», включает также и связи данной сущности с сущностями «кафедра» и «должность»: эти связи реализованы в таблице через поля, являющиеся первичными ключами для данных сущностей: «название_кафедры» и «название_должности». В противном случае была бы потеряна информация о том, в какой должности и на какой кафедре работает тот или иной сотрудник.

4.1.3. Полная атрибутивная модель

Данная модель является конкретизацией предыдущей модели в части описания физических параметров полей данных реляционных таблиц. Она наиболее приближена к тому описанию данных, которое выполняется, например, средствами Конструктора СУБД Access при разработке структуры данных, когда определяются тип и размер поля, правила, ограничивающие возможные значения данных и т.д.

Для нашего примера такое описание для таблицы «сотрудник» может иметь вид:

название поля	тип	размер	характеристика
ФИО	текстовый	50	ключевое
ученая степень	текстовый	15	-
научное звание	текстовый	10	-
контактные данные	числовой	8	-
название (кафедры)	текстовый	20	ключевое
название (должности)	текстовый	10	-