14) Предметная область ис

Предметная область ИС – это материальная система или система, характеризующая элементы материального мира, информация о которой хранится и обрабатывается. Предметная область рассматривается как некоторая совокупность реальных объектов и связей между ними. Каждый объект обладает определённым набором свойств (атрибутов).

Каждый из объектов обладает определённым набором свойств (атрибутов), среди которых можно выделить существенные и малозначительные. Признание какого-либо свойства существенным носит относительный характер. Для упрощения процедуры формализации ПО в большинстве случаев прибегают к разбиению всего множества объектов ПО на группы объектов, однородных по структуре и поведению (относительно рамок рассматриваемой ПО), называемых типами объектов. Данные ПО представлены экземплярами объектов. Экземпляры объектов одного типа обладают одинаковыми наборами атрибутов, но должны отличаться значением хотя бы одного атрибута для того, чтобы быть узнаваемыми.

Для каждого объекта определяется идентификатор – ключевой атрибут или комбинация атрибутов. Такой идентификатор называется первичным ключом, его значение является уникальным и обязательным.

ИС состоит из баз данных, информационных хранилищ и баз знаний, которые реализуют функции сбора, обработки, поиска, выдачи и передачи информации. При этом каждый из этих носителей может использоваться как отдельная специфическая модель предметной области (МПО) ИС, так и в совокупности – интегрированная МПО.

Требования к предметной области:

1. Решение сформулированного класса запросно-ответных задач

2. Построение систем информационной поддержки принятия решений

3. Отслеживание динамики предметных областей (подобластей, объектов, свойств)

4. Создание математических методов расширения и углубления знаний о предметной области

5. Разработка систем управления предметными областями относительно выбранных критериев и поставленных целей.

15) Представление данных с помощью модели "сущность–связь". Назначение и элементы модели

Назначение. Прежде, чем приступать к созданию системы автоматизированной обработки информации, разработчик должен сформировать понятия о предметах, фактах и событиях, которыми будет оперировать данная система. Для того, чтобы привести эти понятия к той или иной модели данных, необходимо заменить их информационными представлениями. Одним из наиболее удобных инструментов унифицированного представления данных, независимого от реализующего его программного обеспечения, является модель "сущность–связь" (entity – relationship model, ER – model).

Модель "сущность–связь" основывается на некой важной семантической информации о реальном мире и предназначена для представления данных. Она определяет значения данных в контексте их взаимосвязи с другими данными. Важным для нас является тот факт, что из модели "сущность–связь" могут быть порождены все существующие модели данных (иерархическая, сетевая, реляционная, объектная), поэтому она является наиболее общей.

Модель "сущность–связь" была предложена в 1976 г. Питером Пин–Шэн Ченом.

Элементы модели. Любой фрагмент предметной области может быть представлен как множество сущностей, между которыми существует некоторое множество связей. Дадим определения:

Сущность (entity) – это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов. Примеры: конкретный человек, предприятие, событие и т.д.

Набор сущностей (entity set) – множество сущностей одного типа (обладающих одинаковыми свойствами). Примеры: все люди, предприятия, праздники и т.д. Наборы сущностей не обязательно должны быть непересекающимися. Например, сущность, принадлежащая к набору МУЖЧИНЫ, также принадлежит набору ЛЮДИ.

Сущность, фактически, представляется множеством атрибутов, которые описывают свойства всех членов данного набора сущностей.

Например, отделы, на которые подразделяется предприятие, и в которых работают сотрудники, можно описать как ОТДЕЛ (НОМЕР_ОТДЕЛА, НАИМЕНОВАНИЕ).

Множество значений (область определения) атрибута называется доменом. Например, для атрибута ВОЗРАСТ домен (назовем его ЧИСЛО_ЛЕТ) задается интервалом целых чисел больших нуля, поскольку людей с отрицательным возрастом не бывает.

Отсюда определяется ключ сущности – группа атрибутов, такая, что отображение набора сущностей в соответствующую группу наборов значений является взаимно однозначным отображением. Другими словами: ключ сущности – это один или более атрибутов, уникально определяющих данную сущность. В нашем примере ключом сущности СОТРУДНИК является атрибут ТАБЕЛЬНЫЙ_НОМЕР (конечно, только в том случае, если все табельные номера на предприятии уникальны).

Связь (relationship) – это ассоциация, установленная между несколькими сущностями. Примеры:

• поскольку каждый сотрудник работает в каком–либо отделе, между сущностями СОТРУДНИК и ОТДЕЛ существует связь "работает в" или ОТДЕЛ–РАБОТНИК;

• так как один из работников отдела является его руководителем, то между сущностями СОТРУДНИК и ОТДЕЛ имеется связь "руководит" или ОТДЕЛ–РУКОВОДИТЕЛЬ

Связь также может иметь атрибуты. Например, для связи ОТДЕЛ–РАБОТНИК можно задать атрибут СТАЖ_РАБОТЫ_В_ОТДЕЛЕ.

Роль сущности в связи – функция, которую выполняет сущность в данной связи. Например, в связи РОДИТЕЛЬ–ПОТОМОК сущности ЧЕЛОВЕК могут иметь роли "родитель" и "потомок". Указание ролей в модели "сущность–связь" не является обязательным и служит для уточнения семантики связи.

Набор связей (relationship set) – это отношение между n (причем n не меньше 2) сущностями, каждая из которых относится к некоторому набору сущностей.

В случае n=2, т.е. когда связь объединяет две сущности, она называется бинарной. Доказано, что n–арный набор связей (n>2) всегда можно заменить множеством бинарных, однако первые лучше отображают семантику предметной области.

То число сущностей, которое может быть ассоциировано через набор связей с другой сущностью, называют степенью связи. Рассмотрение степеней особенно полезно для бинарных связей.

Типы связей в модели «сущность–связь». Целостность данных

(необязательная)

один к одному (1 : 1). Это означает, что в такой связи сущности с одной ролью всегда соответствует не более одной сущности с другой ролью. В рассмотренном нами примере это связь "руководит", поскольку в каждом отделе может быть только один начальник, а сотрудник может руководить только в одном отделе.

один ко многим (1 : n). В данном случае сущности с одной ролью может соответствовать любое число сущностей с другой ролью. Такова связь ОТДЕЛ–СОТРУДНИК. В каждом отделе может работать произвольное число сотрудников, но сотрудник может работать только в одном отделе. Графически степень связи n отображается "древообразной" линией, так это сделано на следующем рисунке.

много к одному (n : 1). Эта связь аналогична отображению 1 : n. Предположим, что рассматриваемое нами предприятие строит свою деятельность на основании контрактов, заключаемых с заказчиками. Этот факт отображается в модели "сущность–связь" с помощью связи КОНТРАКТ–ЗАКАЗЧИК, объединяющей сущности КОНТРАКТ(НОМЕР, СРОК_ИСПОЛНЕНИЯ, СУММА) и ЗАКАЗЧИК(НАИМЕНОВАНИЕ, АДРЕС). Так как с одним заказчиком может быть заключено более одного контракта, то связь КОНТРАКТ–ЗАКАЗЧИК между этими сущностями будет иметь степень n : 1.

многие ко многим ( n : n ). В этом случае каждая из ассоциированных сущностей может быть представлена любым количеством экземпляров. Пусть на рассматриваемом нами предприятии для выполнения каждого контракта создается рабочая группа, в которую входят сотрудники разных отделов. Поскольку каждый сотрудник может входить в несколько (в том числе и ни в одну) рабочих групп, а каждая группа должна включать не менее одного сотрудника, то связь между сущностями СОТРУДНИК и РАБОЧАЯ_ГРУППА имеет степень n : n.

Модель "сущность–связь" также полезна для понимания и спецификации ограничений, направленных на поддержание целостности данных. В модели имеется три типа ограничений на значения:

1. ограничения на допустимые значения в наборе значений (домене). Домен можно трактовать как область определения атрибута, которая может быть задана либо непрерывным или дискретным интервалом, либо фиксированным списком значений.

2. ограничения на разрешенные значения для каждого атрибута. Например, возраст сотрудников может быть ограничен интервалом от 18 до 65 лет.

3. ограничения на существующие значения в базе данных. Например, сумма отчислений с зарплаты сотрудника не должна превышать самой зарплаты.

Диаграмма "сущность–связь".

Очень важным свойством модели "сущность–связь" является то, что она может быть представлена в виде графической схемы. Это значительно облегчает анализ предметной области. Существует несколько вариантов обозначения элементов диаграммы "сущность–связь", каждый из которых имеет свои положительные черты. Здесь мы будем использовать некий гибрид нотаций Чена (обозначение сущностей, связей и атрибутов) и Мартина (обозначение степеней и кардинальностей связей). В таблице 1 приводится список используемых здесь обозначений.

Таблица 1

Обозначение	Значение
	Набор независимых сущностей
	Набор зависимых сущностей
	Атрибут
	Ключевой атрибут
	Набор связей

В процессе построения диаграммы можно выделить несколько очевидных этапов:

1. Идентификация представляющих интерес сущностей и связей.

2. Идентификация семантической информации в наборах связей (например, является ли некоторый набор связей отображением 1:n).

3. Определение кардинальностей связей.

4. Определение атрибутов и наборов их значений (доменов).

5. Организация данных в виде отношений "сущность–связь".

В качестве примера построим диаграмму, отображающую связь данных для подсистемы учета персонала предприятия.