Горенский Б.М. (рук.) Информационные технологии в металлургии

Подождите немного. Документ загружается.

Каф.

"Менеджмент"

Каф.

"Экономика"

Уч.дисциплина

"Управление

персоналом"

Уч.дисциплина

"Менеджмент"

Уч.дисциплина

"Экономика"

Студенты

факультета

менеджмента

туризма

Студенты

факультета

экономики

и управленя

Студенты

юридического

факультета

Рис. 24 - Фрагмент сетевой модели данных

Бинарная модель данных

Бинарная модель данных — это графовая модель, в которой вершины

являются представлениями простых однозначных атрибутов, а дуги —

представлениями бинарных связей между атрибутами ( рисунок 25).

Студент

УЧЕБА Высшее

учебное

заведение

Рис. 25 - Пример бинарного отношения

Бинарная модель не получила особого широкого распространения, но

в ряде случаев находит практическое применение.

Бинарные модели данных обладают возможностью представления свя-

зей любой сложности (и это их несомненное преимущество), но, вместе с

тем, их ориентация на пользователя недостаточна.

Семантическая сеть

Семантические сети как модели данных были предложены исследова-

телями, работавшими над различными проблемами искусственного интел-

лекта. Так же, как в сетевой, так и бинарной модели, базовые структуры се-

мантической сети могут быть представлены графом, множество вершин и

дуг которого образует сеть. Однако семантические сети предназначены для

представления и систематизации знаний самого общего характера. Таким

образом, семантической сетью можно считать любую графовую модель, при

условии, что изначально четко определено, что обозначают вершины и дуги

и как они используются.

Семантические сети являются богатыми источниками идей моделиро-

вания данных, чрезвычайно полезных в плане решения проблемы представ-

ления сложных ситуаций. Они могут быть использованы независимо или со-

вместно с идеями, положенными в основу других моделей данных. Их инте-

ресной особенностью является то, что расстояние, измеренное на сети (се-

мантическое расстояние или метрика), играет важную роль, определяя бли-

зость взаимосвязанных понятий.

Следует сказать, что моделям данных типа семантической сети при

всем присущем им богатстве возможностей при моделировании сложных си-

туаций присуща усложненность и некоторая неэкономичность в концепту-

альном плане.

Реляционная модель данных

В основе реляционной модели данных лежат не графические, а таблич-

ные методы и средства представления данных и манипулирования ими (ри-

сунок 26).

ВУЗ

Место

расположения

Количество

обучаемых

студентов

МГУ им.

М.В. Ломоно-

сова

г. Москва 26170

Государствен-

ный техничес-

кий университет

г. Санкт-

Петербург

12150

Первичный

ключ

Поле

базы

данных

(атрибут

сущность)

Домен

(множество возможных

значений характеристики

объекта)

Кортеж

(вектор размерности k, вкючающий по

одному из возможных значений k доменов)

Рис. 26 - Фрагмент реляционной модели данных

В реляционной модели для отображения информации о предметной об-

ласти используется таблица, называемая «отношением». Строка такой табли-

цы называется «кортежем», столбец — «атрибутом». Каждый атрибут может

принимать некоторое подмножество значений из определенной области —

домена.

Табличная организация БД дозволяет реализовать ее важнейшее пре-

имущество перед другими моделями данных, а именно — возможность ис-

пользования точных математических методов манипулирования данными, и

прежде всего — аппарата реляционной алгебры и исчисления отношений. К

другим достоинствам реляционной модели можно отнести наглядность,

простоту изменения данных и организации разграничения доступа к ним.

Основным недостатком реляционной модели данных является инфор-

мационная избыточность, что ведет к перерасходу ресурсов вычислитель-

ных систем. Однако именно реляционная модель данных находит все более

широкое применение в практике автоматизации информационного обеспе-

чения профессиональной деятельности.

Подавляющее большинство СУБД, ориентированных на персональные

ЭВМ, являются системами, построенными на основе реляционной модели

данных — так называемыми «реляционными» СУБД.

В основе реляционной модели данных лежит их представление в виде

таблиц, что в значительной степени облегчает работу проектировщика БД и

— в последующем — пользователя в силу привычности и распространенно-

сти такого варианта использований информации. Данная модель была пред-

ложена Э. Ф. Коддом (E.F.Codd) в начале 70-х годов. Сегодня именно эта мо-

дель используется во всех наиболее распространенных СУБД. Определение

любой модели данных требует описания трех элементов:

—определение типов (структур) данных;

—определение операций над данными;

—определение ограничений целостности.

Сначала рассмотрим структуры данных и ограничения целостности, а

затем более подробно остановимся на операциях реляционной алгебры.

Типы структур данных

Рассмотрение этого вопроса требует введения определений нескольких

основных понятий.

Множество возможных значений некоторой характеристики объекта

называется доменом (domain). Например, в качестве домена можно рассмат-

ривать такие характеристики студента, как его фамилия, курс; рост и т.п.:



.190,,162,161,160

;,,,

;5,4,3,2,1





рост

фамилия

курс

СидоровПетровИвановD

Очевидно, что можно сопоставить понятия «атрибут» инфологической

и «домен» реляционной моделей данных. Возможные значения характери-

стик объектов могут принимать числовые или текстовые значения, а их мно-

жества могут быть как конечными, так и бесконечными. Отметим, что в слу-

чае конечности домена можно организовать проверку явных ограничений це-

лостности: в нашем примере домен Р

рост

определяет, что все студенты долж-

ны иметь рост от 160 до 190 см, а номер курса не может превышать 5. Вектор

размерности к, включающий в себя по одному из возможных значений к до-

менов, называется кортежем (tuple). Для приведенного выше примера корте-

жами являются:

(1,Иванов, 172);

(3, Сидоров, 181);

(5, Уткин, 184).

Если в кортеж входят значения всех характеристик объекта ПО (т.е. ат-

рибутов сущности инфологической модели), ему можно сопоставить такую

типовую структуру данных, как запись (объектная Запись).

Декартовым произведением k доменов называется множество всех

возможных значений кортежей:





























181,,4

168,,4

181,,4

168,,4

181,,1

168,,1

181,,1

168,,1

321

Петров

Иванов

Петров

Иванов

DDDD

Иными словами, декартово произведение — множество всех воз-

можных комбинаций элементов исходных доменов.

Наконец, важнейшее определение: отношением (relation) R, опреде-

ленным на множествах доменов D

, D

,..., D

, называют подмножество их

декартова произведения:

DDDR



 

Элементами отношения являются кортежи. Отношение может модели-

ровать множество однотипных объектов (сущностей), причем экземпляр

сущности может интерпретироваться как кортеж. С помощью отношения

можно моделировать и связи, в которых находятся объекты ПО (сущности в

ее инфологической модели). При этом кортеж такого отношения состоит из

идентифицирующих атрибутов связываемых сущностей. Таким образом, по-

нятие отношения позволяет моделировать данные и связи между ними. В си-

лу этого можно определить реляционную базу данных (РБД) как совокуп-

ность экземпляров конечных отношений. Если учесть, что результат обра-

ботки любого запроса к РБД также можно интерпретировать как отношение

(возможно, не содержащее ни одного кортежа), то возникает возможность

построения информационной системы, основным инструментом которой бу-

дет алгебра отношений (реляционная алгебра). Любой запрос в такой системе

может быть представлен в виде формулы, состоящей из отношений, объеди-

ненных операциями реляционной алгебры. Создав СУБД, обеспечивающую

выполнение этих операций, можно разрабатывать информационные системы,

в которых любой запрос потребителя программируется формулой.

Ограничения целостности

Отношение может быть представлено таблицей, обладающей опреде-

ленными свойствами:

- каждая строка таблицы - кортеж;

- порядок строк может быть любым;

- повторение строк не допускается;

- порядок столбцов в отношении фиксирован.

Понятие «отношение» весьма схоже с понятием «файл данных». По-

этому в дальнейшем будем использовать следующую терминологию: отно-

шение — файл; кортеж — запись; домен — поле. Идентификация конкрет-

ной записи файла осуществляется по ключу (набору полей, по значению ко-

торого можно однозначно идентифицировать запись). В файле можно опре-

делить несколько ключей. Один из них, включающий минимально возмож-

ное для идентификации записи число полей, называется первичным ключом.

Применительно к понятию «файл данных» внутренние ограничения

целостности формулируются следующим образом:

- количество полей и их порядок в файле должно быть фиксированным (т.е.

записи файла должны иметь одинаковые длину и формат);

- каждое поле должно моделировать элемент данных (неделимую единицу

данных фиксированного формата, к которому СУБД может адресоваться не-

посредственно);

- в файле не должно быть повторяющихся записей.

СУБД, основанные на РБД, поддерживают и явные ограничения цело-

стности. На практике они определяются зависимостями между атрибутами.

Нормальные формы файла

При некоторых условиях замена файла его полной декомпозицией по-

зволяет исключить дублирование информации и решить проблему присоеди-

ненных записей. Таким условием является

отсутствие в проекциях, обра-

зующих полную декомпозицию файла, общего первичного ключа исходного

файла. Теорема Хита создает основу для построения различных полных де-

композиций и поэтому может служить основным инструментом в процессе

нормализации файлов БД.

При проведении нормализации на каждом шаге проверяется принад-

лежность файла некоторой нормальной форме (НФ). Если он принадлежит

этой нормальной форме, проверяется, находится ли он в следующей, и т.д. до

5 НФ. Принадлежность файла некоторой форме задает необходимые,

но не-

достаточные условия для нахождения в следующей по старшинству форме.

Еще раз подчеркнем основное достоинство механизма нормализации

файлов с помощью исследования функциональной зависимости полей файла:

возможность проведения этой операции на этапе проектирования БД.

Перечислим основные нормальные формы файлов.

Первая нормальная форма (1 НФ). Файл находится в 1 НФ, если ка-

ждое его

поле является атомарным (т.е. не содержит более одного значения)

и ни одно из ключевых полей не является пустым. По существу принадлеж-

ность файла 1 НФ означает, что он соответствует понятию отношения и его

ключевые поля заполнены.

Пример.

Принципиально существует возможность хранить информа-

цию о профессорско-преподавательском составе кафедры в следующем виде:

ДОЛЖНОСТЬ ФАМИЛИЯ

заведующий Иванов

профессор Петров, Сидоров

доцент Фомин

преподаватель

Семин, Савин, Федоров

Однако такой файл не находится в 1 НФ (т.к. поле ФАМИЛИЯ не явля-

ется атомарным).

Вторая нормальная форма (2 НФ). Файл находится во 2НФ, если он

находится в 1 НФ и все его поля, не входящие в первичный ключ, связаны

полной функциональной зависимостью с первичным ключом.

Третья нормальная форма (3 НФ). Файл находится

в 3НФ, если он

находится во 2НФ и ни одно из его неключевых полей не зависит функцио-

нально от любого другого неключевого поля.

Нормальная форма Бойса — Кодда (усиленная 3 НФ). Файл нахо-

дится в НФ Бойса — Кодда, если любая функциональная зависимость между

его полями сводится к полной функциональной зависимости от первичного

ключа

Рассмотренные НФ подчиняются правилу вложенности по возрастанию

номеров, то есть, если файл находится в 4 НФ, он находится и в ЗНФ, 2НФ,

1НФ и наоборот (рисунок 27).

Необходимость нормализации файлов БД (кроме решения проблемы

исключения дублирования и потери присоединенных записей) определяется

еще по крайней мере двумя обстоятельствами: во-первых, разумным желани-

ем группировать данные по их содержимому, что позволяет упростить мно-

гие процедуры в БД — от организации разграничения доступа до повышения

оперативности поиска данных; во-вторых, стремлением разработать БД в ви-

де множества унифицированных блоков, что может облегчить модернизацию

отдельных частей

базы, а также использовать таблицы одной БД в других.

Файл 1НФ

Файл 2НФ

Файл 3НФ

Файл в усиленной 3 НФ

Файл 5НФ

Рис. 27 - Соотношение нормальных форм файлов

Важным направлением совершенствования СУБД является их интел-

лектуализация.

Лекция 10-11. Пакеты стандартных прикладных программ. Проблем-

но-ориентированные и унифицированные пакеты прикладных программ. Ис-

пользование различных пакетов прикладных программ, электронных таблиц

Excel для обработки экспериментальных данных и составления математиче-

ских моделей информационных процессов в металлургии и для решения оп-

тимизационных задач.

Соответствие между моделью и действительностью,

различие и сходство.

Пакеты прикладных программ

Одним из условий эффективного внедрения вычислительной техники в

практику является создание специализированных пакетов прикладных про-

грамм (ППП). Доступность и простота их использования создает предпосыл-

ки для более широкого внедрения ЭВМ в инженерный труд, решение кон-

кретных задач научной области, экономики, культуры, образования.

Пакеты прикладных программ обычно строятся на базе специальных

систем и являются дальнейшим их развитием в конкретном направлении.

Они поставляются отдельно от программного обеспечения вычислительных

средств, имеют свою документацию и не входят в состав операционных сис-

тем. Многие пакеты имеют собственные средства генерации. Разработка па-

кета не должна требовать модификации операционных систем. Это относится

к пакетам, влияющим на работу управляющих программ. Если пакет требует

внесения изменений в управляющую

программу, то это выполняется в про-

цессе загрузки и инициализации пакета.

КлассификацияППП

Все ППП могут быть разбиты на три группы:

 пакеты, реализующие возможности операционных систем;

 пакеты общего назначения;

 пакеты, ориентированные на работу в АСУ.

Пакеты прикладных программ, реализующие возможности опера-

ционных систем, обеспечивают функционирование ЭВМ различных конфи

гураций. К ним относят пакеты, обеспечивающие работу многомашинных

комплексов типовых конфигураций, диалоговые системы, системы для рабо-

ты в реальном масштабе времени, удаленную пакетную обработку.

Пакеты прикладных программ общего назначения включают в себя

набор программ для широкого круга применений: для алфавитно-цифровых и

графических дисплеев, графопостроителей, систем программирования для

языков высокого

уровня, для специальных языков, а также для научно-

технических расчетов, математического программирования, обработки мат-

риц, различного вида моделирования, решения задач теории массового об-

служивания и т.д.

Пакеты, ориентированные на работу в АСУ, включают в себя набор

программ для общецелевых систем обработки банков данных, информацион-

но-поисковых систем общего назначения, систем

обработки документов.

Пакеты прикладных программ являются наиболее динамично раз-

дающейся частью программного обеспечения: круг решаемых с помощью

ППП задач постоянно расширяется. Во многом внедрение компьютеров

практически во все сферы деятельности стало возможным благодаря появле-

нию новых и совершенствованию существующих ППП.

Достижения в области микроэлектроники, приводящие к появлению

более мощных по

своим функциональным возможностям компьютеров, так-

же являются причиной создания новых ППП. В свою очередь, необходимость

улучшения характеристик использования пакета при решении конкретных

задач пользователя стимулирует совершенствование архитектуры и элемент-

ной базы компьютеров и периферийных устройств.

Структура и принципы построения ППП зависят от класса ЭВМ и опе-

рационной системы, в рамках которой

этот пакет будет функционировать.

Наибольшее количество разнообразных ППП создано для PC-совместимых

компьютеров с операционными системами MS и WINDOWS. Классификация

этих пакетов программ по функционально-организационному признаку пред-

ставлена на рисунке 28. Каждая группа пакетов имеет свои проблемы

организации, трудности разработки и создания. Каждый пакет,

в зависимости

от ЭВМ и значения, реализуется на конкретном языке программирования в

Пакеты прикладных программ

Проблемно-ориентированные Интегрированные

Текстовые процессоры

НИС

Графические редакторы

Растровые Векторные

Демонстрационная графика

Системы мультимедиа

САПР

Организаторы работ

Табличные процессоры

СУБД

Распознавание символов

Финансовые, аналитико-

статистические

Полносвязанные

Объектно-связанные

Професси-

ональные

Пользова-

тельские

Рис. 28 – Классификация ППП

100

соответствии с требованиями, предъявленными к пакету, и возможностям

языка.

В приведенной классификации не указаны игровые программы — они

не являются инструментом для автоматизации, профессиональной деятель-

ности и предназначены для доступа. Отсутствие программ-переводчиков,

орфографии, электронных словарей связано с тем, что эти программы явля-

ются функциональным дополнением ППП типа редактора текста, презента

ции и т.п. Наблюдается тенденция включения этих программ в состав паке-

тов прикладных программ.

Существующие ППП охватывают почти все сферы человеческой дея-

тельности, связанной с обработкой информации. Развитие и совершенствова-

ние ППП — поступательный процесс, поэтому следует ожидать появления

новых ППП, возможности которых превзойдут достижения настоящих паке-

тов.

Проблемно-ориентированные

ППП

Проблемно-ориентированные ППП — наиболее развитая в плане реализуе-

мых функций и многочисленная по количеству созданных пакетов часть

ППП. Она включает следующие проблемно-ориентированные программные

продукты: текстовые процессоры, издательские системы, графические редак-

торы, демонстрационную графику, системы мультимедиа, САПР, организа-

торы работ, электронные таблицы (табличные процессоры), системыуправ-

ления базами данных,

программы распознавания символов, финансовые и

аналитико-статистические программы.

Текстовые процессоры — специальные программы, предназначенные

для работы с документами (текстами), позволяющие компоновать, формати-

ровать, редактировать тексты при создании пользователем документа. Обыч-

но они включают в себя дополнительные функции по работе с блоками тек-

ста и объектами. Признанными лидерами в части текстовых процессоров

для

ПЭВМ являются MS WORD, WordPerfect, AmiPro.

Настольные издательские системы (НИС) — программы, пред-

назначенные для профессиональной издательской деятельности и позволяю-

щие осуществлять электронную верстку широкого спектра основных типов

документов, типа информационного бюллетеня, краткой цветной брошюры и

объемного каталога или торговой заявки, справочника. Предусмотренные в

пакетах данного типа средства позволяют:

- компоновать (верстать) текст;

- использовать

всевозможные шрифты и осуществлять полиграфическое изо-

бражения;

- осуществлять редактирование текста на уровне лучших текстовых процес-

соров;

- обрабатывать графические изображения;