17470

БАЗОВЫЕ ТИПЫ ИС

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция № 7 БАЗОВЫЕ ТИПЫ ИС Рассмотренная ранее классификация АИС является чрезмерно детальной с точки зрения наиболее распространенных и перспективных типов к которым относятся табл. 2.1: фактографические; документальные; интеллектуальные экспертные; гиперт...

Русский

2013-07-01

95 KB

16 чел.

Лекция № 7 БАЗОВЫЕ ТИПЫ ИС

Рассмотренная ранее классификация АИС является чрезмерно детальной с точки зрения наиболее распространенных и перспективных типов, к которым относятся (табл. 2.1):

фактографические;

документальные;

интеллектуальные (экспертные);

гипертекстовые.

Выбор именно этих типов АИС для более детального анализа определяется следующими факторами:

системы появлялись и развивались именно в данной исторической последовательности;

более ранние типы систем (фактографические, документальные) являются, как правило, платформой и средой для реализации более поздних (экспертные, гипертекстовые).

Перечисленные типы характеризуют следующие отличительные черты:

распространенность (в статистике мировых информационных ресурсов документальные и фактографические БД занимают 1- и 2-е места — см. табл. 2.1);

перспективность (интеллектуальные системы успешно осваивают новые области применения);

гипертекстовые системы являются основой мировой информационной сети WWW (Word Wide Web) — наиболее популярной составляющей Интернета.


Сравнительная характеристика основных типов АИС

Атрибуты систем

Типы систем

Фактографические

Документальные

Интеллектуальные

Гипертекстовые

Модель (структура) предметной области

Структура БД (логическая и физическая)

Содержание БД (структура стандартна)

Структура и содержание БД (БЗ)

Структура и содержание БЗ (ГБ)

Информационная совокупность

База данных (иногда файловая система ОС)

База данных

База знаний

Сеть связей (гипербаза - ГБ)

Единица информации

Запись (агрегат данных жесткой структуры)

Документ

Факт (константа), высказывание (переменная)

Узел сети (запись, документ, факт), связь (ссылка, тематическая, смысловая, причинно-следственная)

Физическая среда хран-я информации

Файловая система ОС

Файловая система или фактографическая БД

Файловая система ОС, фактографическая (или другого типа) БД

Файловая система, БЗ, БД

Ввод информации

Загрузка БД

Загрузка БД

Подсистема приобретения знаний (Knowledge acquisition)

Загрузка файлов или БД, или БЗ

Вывод информации (входной язык)

Пользовательский интерфейс (язык запросов)

Пользовательский интерфейс (информационно-поисковый язык)

Интерфейс пользователя, подсистема разъяснения результатов (explaining subsystem)

Навигатор сети или язык запросов

Обработка (поиск) информации

ОС или СУБД

СУБД или программная оболочка АИПС

СУБД или программная оболочка ЭС (машина логического вывода -Inference engine)

Гипермедиа-машина навигации

Программные средства реализации

Табличные СУБД и системы программирования с элементами СУБД - ADABAS, Foxpro, Oracle, MS SQL SERVER

Программные оболочки АИПС - DPS, STAIRS, ISIS, IRBIS

Оболочки ЭС (Shells) - EMYCIN, EXPERT, OPS, HEARSAY, EXSYS, Insight, ExpertEase

NoteCards, Tektronix Neptune, Гип-Си, ГиперМетод, ГИПЕРНЕТ, Мета Дизайн, АСАД

2.1. Фактографические АИС

Основные признаки простая структура данных и сложная система взаимосвязей между агрегатами данных.

Данные системы базируются на реляционных (табличные БД) данных, но не исключает, конечно, включения элементов иерархических и сетевых представлений при проектировании АИС.

Модели данных и структура БД

Поскольку в данном случае БД является информационной моделью определенной предметной области, существенной особенностью всякой БД является структура или, как принято говорить, модель данных (МД).

Рассмотрим некоторые наиболее известные модели данных.

1. Иерархическая МД (ИМД). Впервые реализована в СУБД IBMIMS (Information Management System), разработанной для поддержки банка данных по программе Apollo. При данном подходе предметная область представляется в виде совокупности структур иерархического типа (граф — «дерево»).

Основные понятия ИМД:

поле — минимальная единица данных;

сегмент (узел) — совокупность полей, являющаяся единицей обмена между БД и прикладной программой. Сегмент (узел иерархического графа) более высокого уровня называется исходным (родительским) по отношению к ниже расположенному порожденному (отпрыску). Может использоваться также терминология «узел, принадлежащий вышестоящему узлу».

Конкретные данные, входящие в сегмент называются экземпляром сегмента.

В ИМД существуют также следующие понятия:

брат — узел, имеющий того же родителя, что и другой узел;

ветвь — узел дерева вместе со всеми его отпрысками, отдаленными потомками и родительскими источниками;

лист — узел, у которого нет отпрысков;

обход дерева — процесс обследования по очереди каждого узла дерева в иерархической модели данных, и пр.

Преимущества IMS и реализованной в ней иерархической модели:

  1.  Простота модели. Принцип построения IMS легок для понимания. Иерархия базы данных напоминает структуру компании или генеалогическое дерево.
  2.  Использование отношений предок/потомок. СУБД IMS позволяла легко представлять отношения предок/потомок, например: «А является частью В» или «А владеет В».
  3.  Быстродействие. В СУБД IMS отношения предок/потомок были реализованы в виде физических указателей от одной записи к другой, вследствие чего перемещение по базе данных происходило быстро. Поскольку структура данных в этой СУБД отличалась простотой, IMS могла размещать записи предков и потомков на диске рядом друг с другом, что позволяло свести к минимуму количество операций записи-чтения.

Существенно то, что физическая организация БД в этом случае такова, что выбрать конкретные сведения об объектах можно, лишь пройдя всю цепочку групп (сегментов) сверху вниз (путь на иерархическом дереве). Данная схема наиболее проста, но не лишена очевидных недостатков.

В частности, в связи с полииерархичностью связей объектов в реальном мире в подобных БД необходимо создавать и поддерживать несколько иерархических отношений, что нарушает основную идею модели данных. Далее, рассматриваемая модель обладает рядом т. н. «парадоксов», наиболее очевидным из которых является «парадокс исключения». Удаление из БД некоторого вышестоящего сегмента приводит к автоматическому удалению и всех зависимых (порожденных сегментов).

2. Сетевая модель данных (модель CODASYL). В предложенной модификации иерархической модели одна запись могла участвовать в нескольких отношениях предок/потомок. В сетевой модели такие отношения называются множествами (set). Сетевые БД обладали рядом преимуществ:

  1.  Гибкостью. Множественные отношения предок/потомок позволяют сетевой БД хранить данные, структура которых сложнее обычной иерархии.
  2.  Стандартизованностъю. Появление стандарта CODASYL.
  3.  Быстродействием. Вопреки своей сложности, сетевые БД достигали быстродействия, сравнимого с быстродействием иерархических БД. Множества были представлены указателями на физические записи данных, и в некоторых системах администратор мог задать кластеризацию данных на основе множества отношений.

Недостаток — жесткость БД, наборы отношений и структуру записей приходилось задавать заранее. Изменение структуры данных означало перестройку всей БД.

3. Реляционная модель данных (РМД). В то время как иерархическая модель в своей основе является формализацией и обобщением пользовательских свойств некоторой конкретной системы (IMS), в случае реляционной модели сначала были разработаны некоторые математические основы и лишь через 5—10 лет появились первые коммерчески эффективные системы. В рамках реляционной модели предметная область представлена совокупностью таблиц (отношений, файлов).

Строки таблицы называются экземплярами отношения, столбцы — атрибутами; каждый атрибут имеет область значений, называемую доменом.

Важным отличием РМД от ИМД является возможность применения формального аппарата, описывающего преобразование и обработку данных в РМД — реляционной алгебры.

Операндами реляционной алгебры являются отношения, как постоянные, так и переменные.

Операции реляционной алгебры включают следующие преобразования отношений.

А. Теоретико-множественные операции над несколькими подобными (имеющими одинаковую структуру — число атрибутов, их имен, домен и т. д.), отношениями, в том числе объединение, пересечение, разность.

Б. Операции над одним отношением:

селекция, или построение отношения-результата из отношения-источника путем отбора экземпляров, удовлетворяющих некоторому критерию отбора. Операция селекции соответствует поиску информации в БД по логическим условиям.

проекция, или построение результирующего отношения путем отбора части атрибутов всех экземпляров исходного отношения. Данной операции в реальных СУБД соответствует понятие пользовательской подсхемы и операции выдачи необходимых данных.

В. Операции над несколькими различными отношениями.

Рассмотрим только естественное соединение (в дальнейшем — соединение). Операция заключается в поиске в паре (или большем числе) отношений строк, содержащих общий атрибут, и создания из них строк экземпляра результирующего отношения.

В СУБД соединению соответствует поиск связанных данных или логическое (физическое) связывание файлов.

Реляционная алгебра позволяет рассматривать операции ввода, вывода, поиска коррекции и удаления данных в БД как вычисление отношений-результатов через исходные отношения. При этом исходным отношением может быть внешний (входной) формат данных, а результирующим — внутренний (хранимый) или, наоборот, исходным — внутренний, а результирующим — внешний (выходной).

Модель «сущность—связь» (EntityRelationship, ER) [5], представляет собой обобщение РМД путем разделения отношений, описывающих предметную область на две группы — сущностей и связей.

Сущность (Entity) является первичным, устойчивым объектом, описываемым некоторой совокупностью атрибутов.

Связь (Relationship) является вторичным понятием, характеризующим взаимодействие в пространстве и времени двух или более сущностей, и также задается рядом атрибутов, среди которых присутствуют идентификаторы взаимосвязанных сущностей. При проектировании БД на основе ER-моделей используют ER-диаграммы. Модель ER является удобным средством описания предметной области перед тем, как перейти к ее представлению в реляционной Модели данных.

Иерархическая МД в настоящее время представляет лишь исторический интерес, хотя ряд ее элементов и поддерживается некоторыми из рассматриваемых далее конкретными СУБД. Наиболее распространенными являются подходы, базирующиеся на ER-модели и РМД.

Основные представления о структуре БД в рамках указанных моделей заключаются в следующем:

а) совокупность сущностей и связей образует концептуальную схему базы данных и отражает структуру предметной области. Элементами схемы являются типы (классы) сущностей и связей; типы состоят из экземпляров, описывающихся значениями атрибутов.

На рис. 2.1 приведен пример фрагмента диаграммы «сущность—связь», описывающей учебный процесс вуза. Здесь сущностями являются ФАКУЛЬТЕТ, ДИСЦИПЛИНА, СПЕЦИАЛЬНОСТЬ (с возможными атрибутами, например, НАИМЕНОВАНИЕ, ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ОБУЧЕНИЯ, ЧИСЛО ЧАСОВ и пр.). Связями являются ВЫПУСКАЕТ, ВКЛЮЧАЕТ (возможные атрибуты - КВАЛИФИКАЦИЯ, СЕМЕСТР ОБУЧЕНИЯ и пр.);

б) концептуальная схема трансформируется в логическую схему, в которой сущностям и связям соответствуют отношения или логические файлы, состоящие соответственно из экземпляров отношений и логических записей.

Логическая запись является более общим образом, чем отношение (строка данных), поскольку допускает появление групповых полей (или агрегатных данных), соответствующих некоторым зависимым сущностям (или связям).

В повторяющемся групповом поле экземпляр группы есть описание экземпляра сущности (связи) посредством соответствующих атрибутов. Групповые повторяющиеся поля представляют собой элемент иерархической модели данных, который при желании может применяться пользователями;

в) следующий уровень — физическая реализация БД в форме файлов операционной системы ЭВМ. При этом в различных конкретных системах логическому файлу может отвечать один или более физических файлов (или наоборот); физическая запись, как правило, включает одну или более логических записей;

г) уровень представлений пользователя описывает БД в виде совокупности пользовательских подсхем, которые применяются для ввода/вывода информации. С представлениями пользователя связаны также понятия маски редактирования (преобразования данных мри окончательном представлении пользователю), и кодирования/декодирования (трансляции кодов) — расширения кратких представлений данных и аббревиатур с помощью вспомогательных файлов и кодовых таблиц (по своей сути — операция соединения отношений и РМД).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6137. Конические зубчатые передачи 45 KB
  Конические зубчатые передачи Конические зубчатые передачи применяют при пересекающихся или скрещивающихся осях. Межосевой угол может изменяться в широком диапазоне значений, но наибольшее распространение имеют ортогональные конические перед...
6138. Порядок совершения таможенных операций при перемещения товары через таможенную границу 63 KB
  При ввозе товаров на таможенную территорию товаров предусмотрено последовательное совершение таможенных операций, которые связано с прибытием товаров на ТТ ТС и перемещения товаров в соответствии с ТП ТТ до ТО, в котором будет совершаться декларирование в соответствии с избранной ТП.
6139. Виды и структура планов воспитательной работы 44 KB
  Виды и структура планов воспитательной работы Структура плана воспитательной работы класса включает в себя следующие разделы: Психолого–педагогическая характеристика класса, анализ состояния здоровья детей (составляется на конец предыдущего уч...
6140. Щастя. Як ми його розуміємо 43.5 KB
  Практична: Поглибити знання учнів про диспут та його проведення, розширити розуміння поняття щастя, виховувати людяність, працьовитість, любов до людей, чесність...
6141. Место уголовно-исполнительного права в системе российского права и его взаимосвязь с другими отраслями права 45.83 KB
  Место уголовно-исполнительного права в системе российского права и его взаимосвязь с другими отраслями права Введение Уголовно-исполнительное право представляет собой самостоятельную отрасль права, которая характеризуется собственными предметом, мет...
6142. Валы и оси. Общие сведения 51.5 KB
  Валы и оси. Общие сведения Вал - деталь машин, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.). Некоторы...
6143. Этапы стратегического планирования. Миссия и цели организации 26.58 KB
  Этапы стратегического планирования. Миссия и цели организации. Важным этапом при планировании является выбор целей. Цели организации - результаты, которых стремится достичь организация, и на достижение которых направлена ее деятельность. Выдел...
6144. Рекомендації до проведення виховних заходів молодими вчителями і стажистами 46.26 KB
  Рекомендації до проведення виховних заходів молодими вчителями і стажистами Система роботи з молодими вчителями На першому етапі адаптації відбувається ознайомлення моло­дого вчителя з вимогами до професії, його включення в самостійну професійну дія...
6145. Розрахунок надійності системи з незалежними елементами, що працюють до першої відмови 47.66 KB
  Вивчити методи розрахунку функції надійності системи з урахуванням різноманітних зв'язків її елементів. Одержати навички декомпозиції довільних структур аналізованих систем і алгоритмізації завдань розрахунку їхньої надійності...