Гринберг А.С., Иванюкович В.А., Новыш Б.В., Шешолко В.К. Ситуационный анализ и моделирование на основе информационных технологий баз данных

Подождите немного. Документ загружается.

модели);

 по числу количественных целей (отсутствие количественных целей,

однокритериальные, многокритериальные).

Основные подходы к принятию решений в условиях риска и

неопределенности также должны найти отражение в структуре базы данных.

При этом учитываются:

 Специфика задач принятия решений в условиях риска и неопределенности;

 Основные подходы к принятию решений в условиях риска;

 Основные виды неопределенных факторов (отсутствие информации,

"природная" неопределенность, "несовпадение интересов", наличие

нескольких целей);

 Основные подходы к принятию решений в условиях неопределенности

(принцип гарантированного результата Вальда, принцип минимаксного

сожаления Севиджа, принцип пессимизма-оптимизма Гурвица);

 Взаимосвязь задач принятия решений в условиях неопределенности с

задачами теории игр;

 Принятие решений в условиях несовпадения интересов на базе теории игр.

Особенности принятия решений в условиях многокритериальности

целесообразно хранить в отдельном каталоге, в котором должны быть

отражены:

 Принципиальная сложность принятия решений в условиях

многокритериальности;

 Парето-оптимальные решения;

 Основные этапы формирования решения в условиях

многокритериальности (нормировка критериев; формирование принципа

оптимальности; поиск решения, удовлетворяющего принятому принципу

оптимальности, неформальный анализ полученного решения);

 Основные способы нормирования критериев при решении

многокритериальных задач;

 Основные подходы к формированию принципа оптимальности

Заголовок

Данные

при решении многокритериальных задач (методы главного критерия,

обобщенного критерия, последовательных уступок, целевого

программирования, гарантированного результата, интерактивные методы);

 Основные преимущества и недостатки методов, применяемых в

конкретных проблемных ситуациях.

В целом, различные разделы, каталоги и файлы базы данных через SQL-

запросы о свойствах системы поддержки принятия решений в различных ПС

помещаются в отдельный раздел базы данных и отображают:

 Информационные технологии в системах поддержки принятия решений;

 Основные задачи, решаемые системами поддержки принятия решений;

 Основные типы систем поддержки принятия решений

(универсальные (методо-ориентированные) и специализированные

(предметно-ориентированные)). Основные преимущества и недостатки

каждого типа.

 Основные компоненты указанных систем;

 Общую схему работы с универсальной (методо-ориентированной)

системой поддержки принятия решений;

 Общую схему функционирования специализированных (предметно-

ориентированных) систем поддержки принятия решений;

 Общую схему функционирования специализированных (персонально-

ориентированных) систем поддержки принятия решений;

 Основные задачи, решаемые при создании специализированных

(предметно-ориентированных) систем поддержки принятия решений;

 Основные подходы к формализации процессов принятия решений

(моделирование действий специалистов, моделирование по типу вход-выход

(общая идея, табличные модели принятия решений, модели с обучением и

самообучением (в том числе, нейронные сети, ситуационное

моделирование)), имитационные модели, оптимизационные модели, модели

на базе знаний);

 Основные способы представления знаний (предикатные модели,

семантические сети, фреймы).

Заголовок

Данные

Таким образом, системный анализ, содержание которого включает

множество разноплановых сведений об инструментах анализа и проблемной

ситуации, нуждается в разноплановой информационной поддержке с помощью

технологий баз данных.

Отметим также важный измерительный аспект, связанный с многомерным

шкалированием при анализе каждой альтернативы модели проблемной

ситуации, что также расширяет требования к свойствам и возможностям баз

данных, используемых в системном анализе.

Таким образом, основное содержание системного анализа состоит в

выполнении указанных работ при поддержке инструментальных средств и

технологий баз данных.

Это, в свою очередь, требует изучения менеджером – системоаналитиком

важнейших принципов организации и функционирования современных баз

данных как важнейших инструментов ситуационного анализа.

К числу таких знаний относятся представление о файловых системах

данных, об архитектуре и функциях систем управления базами данных типа

клиент-сервер, определяющих реляционные модели данных, домены,

отношения, целостность, доступ к данным, алгебраические операции над

данными.

Переход к информации требует от менеджера – системоаналитика знаний в

области языков структурного и содержательного описания данных с учетом

статистических свойств данных, их связей, организации многоуровневых

запросов вложенного и перекрестного типа, осуществляемых средствами,

например, такого языка, как SQL.

Переход к знаниям связан с реструктуризацией выделенной из данных

информации с использованием объектно-, процедурно- и персонально -

ориентированных баз данных. Это, в свою очередь, требует понимания целей

реструктуризации, нормализации отношений между элементами баз данных.

Краткое изложение указанных сведений о базах данных, учитывающих особенности

системного анализа проблемных ситуаций управления, излагается во второй части пособия.

Заголовок

Данные

2 . БА З Ы Д А Н Н Ы Х И С И С Т Е М Ы У П Р А В Л Е Н И Я

С самого начала развития вычислительной техники образовались два

основных направления ее использования. Первое направление – применение

вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые

слишком долго или вообще невозможно производить вручную. Становление

этого направления способствовало интенсификации методов численного

решения сложных математических задач, развитию класса языков

программирования, ориентированных на удобную запись численных

алгоритмов, становлению обратной связи с разработчиками новых архитектур

ЭВМ.

Второе направление, которое непосредственно касается темы нашего

курса, – это использование средств вычислительной техники в автоматических

или автоматизированных информационных системах. В самом широком

смысле информационная система представляет собой программно-

организационный комплекс, функции которого состоят в организации сбора

информации и в поддержке ее надежного хранения в памяти компьютера,

выполнении специфических для данного приложения преобразований

информации и/или вычислений, предоставлении пользователям удобного и

дружелюбного интерфейса. Обычно объемы информации, с которыми

приходится иметь дело таким системам, достаточно велики, а сама информация

имеет достаточно сложную структуру. Классическими примерами

информационных систем являются банковские системы, системы

резервирования авиационных или железнодорожных билетов, мест в

гостиницах, библиографические информационные системы и т.д.

Именно требования к вычислительной технике со стороны нечисленных

приложений вызвали появление и развитие новых устройств хранения

информации – магнитных дисков с подвижными головками, с появлением

которых началась история систем управления данными во внешней памяти.

2.1. Файловые системы

Переход к использованию централизованных систем управления файлами

был одним из знаменательных шагов в развитии компьютерных технологий. С

Заголовок

Данные

точки зрения прикладной программы файл – это именованная область внешней

памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.

Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и

структура этих данных зависят от типа файла и конкретной системы

управления файлами (диспетчера файлов). Диспетчер файлов берет на себя

функции распределения внешней памяти, отображение имен файлов в

соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

Файловые системы обычно обеспечивают хранение слабо

структурированной информации (текстовые, графические, звуковые данные,

программные коды), оставляя дальнейшую структуризацию прикладным

программам. Это удобно во многих случаях использования файлов, потому что

при разработке любой новой прикладной программы опираясь на простые

средства файловой системы можно легко реализовать необходимые структуры

хранения.

Однако ситуация коренным образом отличается для информационных

систем, которые ориентированы, главным образом, на хранение, выбор и

модификацию постоянно существующей информации. Реализация даже

простой модели на базе файловой системы требует, во-первых, создания

достаточно сложной надстройки для многоключевого доступа к файлам и, во-

вторых, требует существенной избыточности хранения данных. Кроме того,

необходимо добиться соблюдения целостности данных, а также обеспечить

возможность формулировки и выполнения запросов на поиск и отбор данных.

Несмотря на то, что структуры данных различны в разных

информационных системах, между ними часто бывает много общего. На

начальном этапе использования вычислительной техники для управления

данными проблемы структуризации данных решались индивидуально в каждой

информационной системе. Производились необходимые программные

надстройки над файловыми системами (библиотеки программ), подобно тому,

как это делается в компиляторах, редакторах и других приложениях.

Но поскольку информационные системы требуют сложных структур

данных, эти дополнительные индивидуальные средства управления данными

являлись существенной частью информационных систем и практически

Заголовок

Данные

повторялись от одной системы к другой. Стремление выделить и

унифицировать общую часть информационных систем, ответственную за

управление сложно структурированными данными, явилось причиной создания

СУБД, которые должны выполнять упомянутые выше функции, а также

обеспечивать согласованное состояние базы (исключая возможность

некорректного ввода или потери данных), параллельный доступ к данным

нескольких пользователей и т.п.

Таким образом, СУБД решают множество проблем, которые

затруднительно или вообще невозможно решить при использовании файловых

систем.

2.2. Данные

Данные – это представленная в формализованном виде конкретная

информация об объектах реального мира, их свойствах и взаимосвязях. Как

правило, данные представляются в виде, позволяющем автоматизировать их

сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным

средством. Стандартной формой представления данных в ЭВМ является

машинное слово, которое состоит из восьми битов и хранится в стандартной

ячейке памяти с определенным адресом. Для представления данных и

программных команд может быть использовано некоторое количество

машинных слов. Данные могут быть представлены в виде векторов, матриц,

тензоров, списков, файлов, иерархических и сетевых структур и т.п.

Фиксация данных осуществляется с помощью конкретного средства

общения (например, с помощью естественного языка или изображений) на

конкретном носителе (например, камне или бумаге). Обычно данные (факты,

явления, события, идеи или предметы) и их интерпретация (семантика)

фиксируются совместно, так как естественный язык достаточно гибок для

представления того и другого. Например, в утверждении «Время вылета 21.50»

21.50 – данное, а «Время вылета» – его семантика.

Нередко данные и их интерпретация разделены. Например, в таблицах, где

интерпретация данных представлена в первых строках в названиях столбцов

(или в заголовке таблицы), а данные сгруппированы отдельно (рис.1.2.1). Такое

Заголовок

Данные

разделение затрудняет работу с данными (особенно, если интерпретация и

данные находятся на разных страницах).

Номер

рейса

Дни

недели

Пункт

отправл.

Время

вылета

Пункт

назнач.

Время

прибыт.

Тип

самолета

Стоимость

билета

138 2_4_7 Минск 21.12 Москва 0.52 ИЛ-86 115.00

57 3_6 Ереван 7.20 Киев 9.25 ТУ-154 92.00

1234 2_6 Москва 22.40 Минск 23.50 ТУ-134 73.50

242 1 по 7 Киев 14.10 Москва 16.15 ТУ-154 57.00

86 2_3_5 Минск 10.50 Сочи 13.06 ИЛ-86 78.50

137 1_3_5 Москва 17.15 Минск 18.44 ИЛ-86 115.00

241 1 по 7 Москва 9.05 Киев 11.05 ТУ-154 57.00

577 1_3_5 Рига 21.53 Таллинн 22.57 АН-24 21.50

78 3_6 Сочи 18.25 Минск 20.12 ТУ-134 44.00

578 2_4_6 Таллинн 6.30 Рига 7.37 АН-24 21.50

Рис. 2.2.1. Разделение данных и их интерпретации

Применение компьютеров для хранения и обработки данных обычно

приводит к еще большему разделению данных и их интерпретации. Компьютер

работает с данными как таковыми. Большая часть интерпретирующей

информации вообще не фиксируется в явной форме (компьютер не "знает", что

означает 21.50 – время вылета или стоимость билета).

Такое разделение может быть объяснено исторически. Во-первых, ЭВМ не

обладали достаточными возможностями для обработки текстов на

естественном языке – основном языке интерпретации данных. Во-вторых,

стоимость памяти ЭВМ была первоначально весьма велика. Память

использовалась для хранения самих данных, а интерпретация традиционно

возлагалась на пользователя. Пользователь закладывал интерпретацию данных

в свою программу. Это существенно повышало роль программы, так как вне

интерпретации данные представляют собой не более чем совокупность битов на

запоминающем устройстве.

Жесткая зависимость между данными и использующими их программами

создает серьезные проблемы в ведении данных и делает их использование

менее гибким.

Заголовок

Данные

Нередки случаи, когда пользователи одной и той же ЭВМ создают и

используют в своих программах разные наборы данных, содержащие сходную

информацию. Иногда это связано с тем, что пользователь не знает, что за

соседним столом сидит сотрудник, который уже давно ввел в ЭВМ нужные

данные. Но чаще потому, что при совместном использовании одних и тех же

данных возникает масса проблем.

Разработчики прикладных программ (написанных, например, на Бейсике,

Паскале или Си) размещают нужные им данные в файлах, организуя их

наиболее удобным для себя образом. При этом одни и те же данные могут

иметь в разных приложениях совершенно разную организацию (разную

последовательность размещения в записи, разные форматы одних и тех же

полей и т.п.). Обобществить такие данные чрезвычайно трудно: например,

любое изменение структуры записи файла, производимое одним из

разработчиков, приводит к необходимости изменения другими разработчиками

тех программ, которые используют записи этого файла.

2.3. Концепция баз данных

Активная деятельность по разработке эффективных способов обработки

непрерывно растущего объема информации привела к созданию в начале 60-х

годов специальных программных комплексов, называемых системами

управления базами данных (СУБД).

Основная особенность СУБД – это наличие процедур для ввода, хранения

и обработки не только самих данных, но и описаний их структуры. Файлы,

снабженные описанием хранимых в них данных и находящиеся под

управлением СУБД, стали называть банками данных, а затем базами данных.

Пусть, например, требуется хранить расписание движения самолетов

(рис.j1.2.1) и ряд других данных, связанных с организацией работы аэропорта

(база данных "Аэропорт"). Используя для этого СУБД, можно подготовить

следующее описание расписания (мы начинаем демонстрировать элементы

языка структурированных запросов SQL (Structured Query Language), который

используется большинством современных СУБД):

СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ Расписание

(Номер_Рейса Целое

Дни_Недели Текст (8)

Пункт_Отправления Текст (24)

Время_Вылета Время

Пункт_Назначения Текст (24)

Время_Прибытия Время

Тип_Самолета Текст (8)

Стоимость_Билета Денежный);

и хранить его вместе с данными в файле базы данных "Аэропорт".

Язык запросов СУБД позволяет формулировать задачу поиска данных,

например, запрос

ВЫБРАТЬ Номер_Рейса, Дни_Недели, Время_ВылетА

ИЗ ТАБЛИЦЫ Расписание

ГДЕ Пункт_Отправления = 'Москва'

И Пункт_Назначения = 'Минск'

И Время_Вылета > ‘17’;

позволяет получить расписание "Москва-Минск" на вечернее время, а по

запросу

ВЫБРАТЬ КОЛИЧЕСТВО (Номер_Рейса)

ИЗ ТАБЛИЦЫ Расписание

ГДЕ Пункт_Отправления = 'Москва'

И Пункт_Назначения = 'Минск';

получим количество рейсов "Москва-Минск".

Язык запросов применяется и для изменения таблиц. Например, расширить

таблицу можно следующим способом:

ДОБАВИТЬ В ТАБЛИЦУ Расписание

Длительность_Полета Целое;

Однако дополнительные возможности, которые предоставляет СУБД,

требуют дополнительных ресурсов машины – на обмен данными через СУБД

требуется большее время, чем на обмен аналогичными данными прямо из

файлов, специально созданных для того или иного приложения.

2.4. Основные функции СУБД

К числу функций СУБД принято относить следующие:

2.4.1. Непосредственное управление данными во внешней памяти

Эта функция поддерживает структуры внешней памяти, используемые

как для хранения данных, непосредственно входящих в базу данных, так и для

служебных целей, например, для ускорения доступа к данным в некоторых

случаях (обычно для этого используются индексы).

2.4.2. Управление буферами оперативной памяти

СУБД обычно работают с базами данных значительного размера, по

крайней мере, этот размер может быть больше доступного объема оперативной

памяти. Если при обращении к любому элементу данных будет производиться

обмен с внешней памятью, то вся система будет работать со скоростью

устройства внешней памяти. Практически единственным способом реального

увеличения этой скорости является буферизация данных в оперативной памяти.

Поэтому в развитых СУБД поддерживается собственный набор буферов

оперативной памяти с собственной дисциплиной замены буферов.

2.4.3. Управление транзакциями

Транзакция – это последовательность операций над базой данных,

рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно

выполняется и СУБД фиксирует во внешней памяти изменения базы данных,

произведенные этой транзакцией, либо ни одно из этих изменений никак не

отражается на состоянии базы данных. Понятие транзакции необходимо для

поддержания логической целостности (или согласованности) баз данных,

которая обеспечивается возможностью восстановления базы данных, если

какой-либо сбой сделал текущее состояние неправильным или

подозрительным.

Основной принцип, на котором строится такое восстановление – это

избыточность. Если любая часть информации, содержащаяся в базе данных,

может быть реконструирована из другой хранимой в системе избыточной

информации, значит, база данных восстанавливаема.

Каждая транзакция начинается при согласованном состоянии базы данных и

оставляет это состояние согласованным после своего завершения. Система,

поддерживающая процесс транзакции, обеспечивает гарантию, что если во