Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Документационное

обеспечение управления»

А.Е. МАРТЬЯНОВА

БАЗЫ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ

Допущено редакционно-издательским советом

Астраханского государственного технического

университета в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по специальности 032001.65

«Документоведение и документационное

обеспечение управления»

2-е изд.

Астрахань

2009

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 2

УДК 681.3.016 (075)

ББК 32.973.233-018я7

Рецензенты:

Кафедра прикладной информатики в экономике Астрахан-

ского государственного технического университета (заве-

дующий кафедрой – к.т.н., доц. И.Ю. Квятковская),

Е.С. Кузнецова – к.э.н., доц., ведущий специалист Эконо-

мического отдела Астраханского отделения № 8625

Сбербанка РФ,

Кафедра общих математических и естественнонаучных

дисциплин Астраханского филиала Саратовского

государ-

ственного социально-экономического университета

(заведующий кафедрой – д.т.н., проф. И.А. Палагина)

Учебное пособие рассмотрено и рекомендовано к печати

на заседании кафедры __

ИСУИ__ (протокол № 7 от

13.03.2006 г.)

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний.: Учебное по-

собие. 2-е изд. – Астрахань: Изд-во АГТУ, 2009. – 291 с.

Настоящее учебно-методическое пособие подготовлено по мате-

риалам учебного курса «Базы данных и знаний» для специально-

сти 032001.65 «Документоведение и документационное обеспече-

ние управления». Пособие состоит из четырех частей. В пособии

большое внимание уделено вопросам проектирования баз данных

и языку SQL. Первая часть посвящена вопросам проектирования

баз данных и реализации базы данных в

приложении MS Access.

Вторая часть посвящена вопросам создания в среде Microsoft

Visual Basic интерфейса приложения, работающего с базой дан-

ных. Третья часть посвящена вопросам реализации базы данных с

помощью СУБД Microsoft SQL Server. Четвертая часть включает в

себя работу, посвященную проектированию простейшей эксперт-

ной системы.

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 3

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................... 5

ЧАСТЬ I ............................................................................................................ 6

Работа I. Архитектура БД. Проектирование БД на основе принципов

нормализации. Системный анализ предметной области.

Инфологическое моделирование

................................................................ 6

Работа II. Инфологическое моделирование (продолжение).

Даталогическое проектирование. Получение реляционной схемы из

ER-диаграммы

............................................................................................. 22

Работа III. Даталогическое проектирование (продолжение).

Нормализация отношений

......................................................................... 31

Работа IV. Даталогическое проектирование (продолжение).

Физическое проектирование

..................................................................... 43

Работа V. Запросы на языке SQL в MS Access. Реализация приложения

«Учебный процесс» в MS Access

.............................................................. 60

ЧАСТЬ II ......................................................................................................... 81

Работа VI. Создание БД MS Access надстройкой Visual Data Manager в

среде Visual Basic

....................................................................................... 81

Работа VII. Построение запросов к БД MS Access на языке SQL в среде

Visual Basic с помощью Query Builder

................................................... 106

Работа VIII. Разработка интерфейса приложения. Разработка форм для

приложения в среде Visual Basic. Создание форм вручную.

Автоматизация создания формы

............................................................. 118

Работа IX. Разработка интерфейса приложения. Разработка отчетов для

приложения в среде Visual Basic

............................................................ 131

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 4

Работа X. Разработка интерфейса приложения. Вывод результатов

запроса в таблицу. Окончательная сборка проекта БД

.........................161

ЧАСТЬ III ......................................................................................................178

Работа XI. MS SQL Server. Создание БД................................................178

Работа XII. MS SQL Server. Таблицы. Заполнение БД .........................214

Работа XIII. MS SQL Server. Диаграммы. Запросы к БД.

Представления

...........................................................................................230

Работа XIV. MS SQL Server. Изменение данных в БД .........................249

Работа XV. MS SQL Server. Управление SQL Server............................255

Работа XVI. SQL Server. Создание соединений с сервером баз данных.

Управление данными

................................................................................266

ЧАСТЬ IV ......................................................................................................283

Работа XVII. Проектирование простейшей экспертной системы........283

СПИСОК ПРИМЕРНЫХ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ ..............................291

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ....................................293

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 5

ВВЕДЕНИЕ

При написании данного учебно-методического автором пособия ис-

пользовался опыт проведения лабораторных и лекционных занятий по

дисциплине «Базы данных и знаний» на кафедре «Информационные сис-

темы управления и информатика» Астраханского государственного тех-

нического университета у студентов специальности 032001.65 «Доку-

ментоведение и документационное обеспечение управления». Настоящее

издание является вторым, исправленным и

дополненным изданием дан-

ного пособия.

В процессе изучения курса студенты знакомятся с современными

средствами работы с базами данных и знаний и основами их проектиро-

вания, получают навыки самостоятельной работы с базами данных. В по-

собии большое внимание уделено вопросам проектирования баз данных

и языку реляционных баз данных SQL. В процессе работы над лабора-

торным практикумом предполагается, что

студент уже освоил соответст-

вующий теоретический материал. Степень готовности студента к выпол-

нению работы может контролироваться вопросами, которые помещаются

в конце каждой работы. Там же приводятся задания к соответствующей

лабораторной работе. Подготовка к лабораторным работам охватывает

материал всех тем теоретического раздела.

Пособие состоит из четырех частей. Части пособия тесно связаны

между собой. Первая часть состоит из Работ I – V и направлена на при-

обретение навыков проектирования баз данных и реализации базы дан-

ных с помощью СУБД Microsoft Access. Вторая часть состоит из Работ V

– X и направлена на приобретение навыков создания интерфейса прило-

жения, работающего с базой данных, в среде Microsoft Visual Basic. Тре-

тья часть состоит из Работ XI – XVI

и направлена на приобретение навы-

ков работы с СУБД Microsoft SQL Server. Четвертая часть включает в се-

бя Работу XVII, которая формирует представление о проектировании

простейшей экспертной системы. Пособие включает в себя также список

примерных тем курсовых работ. При написании пособия широко исполь-

зовались источники, приведенные в списке использованной литературы.

Автор в своем учебном пособии

стремился представить материал

таким образом, чтобы студент имел возможность не только под руково-

дством преподавателя, но и самостоятельно приобрести навыки необхо-

димые для дальнейшей практической работы с современными СУБД.

Учебное пособие может быть полезно студентам других специальностей

и всем тем, кто начинает изучать эту увлекательнейшую область челове-

ческой деятельности – разработку

баз данных и знаний.

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 6

ЧАСТЬ I

Работа I. Архитектура БД. Проектирование БД на ос-

нове принципов нормализации. Системный анализ

предметной области. Инфологическое моделирование

Архитектура БД

В процессе научных исследований, посвященных тому, как именно

должна быть устроена СУБД, предлагались различные способы реализа-

ции. Самым жизнеспособным из них оказалась предложенная американ-

ским комитетом по стандартизации ANSI (American National Standards

Institute) трехуровневая система организации БД [10]:

1. Уровень внешних моделей – самый верхний уровень, где каждая

модель имеет свое «видение» данных. Этот уровень

определяет точку

зрения на БД отдельных приложений. Каждое приложение видит и обра-

батывает только те данные, которые необходимы именно этому прило-

жению. Например, система распределения работ использует сведения о

квалификации сотрудника, но ее не интересуют сведения об окладе, до-

машнем адресе и телефоне сотрудника, и наоборот, именно эти сведения

используются в

подсистеме отдела кадров.

2. Концептуальный уровень – центральное управляющее звено,

здесь БД представлена в наиболее общем виде, который объединяет дан-

ные, используемые всеми приложениями, работающими с данной БД.

Фактически концептуальный уровень отражает обобщенную модель

предметной области (объектов реального мира), для которой создавалась

БД. Как любая модель, концептуальная модель отражает только сущест-

венные

, с точки зрения обработки, особенности объектов реального ми-

ра.

3. Физический уровень – собственно данные, расположенные в

файлах или в страничных структурах, расположенных на внешних носи-

телях информации.

Эта архитектура позволяет обеспечить логическую (между уров-

нями 1 и 2) и физическую (между уровнями 2 и 3) независимость при ра-

боте с данными. Логическая независимость предполагает возможность

изменения одного приложения без корректировки других приложений,

работающих с этой же БД. Физическая независимость предполагает воз-

можность переноса хранимой информации с одних носителей на другие

при сохранении работоспособности всех приложений, работающих с

данной БД.

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 7

В области проектирования и разработки систем баз данных исполь-

зуются различные средства моделирования, причем даже в рамках одной

конкретной системы необходим целый комплекс моделей разного назна-

чения [7].

Опубликованный в 1975 году отчет ANSI/X3/SPARC зафиксировал

не только широкое признание концепций многоуровневой архитектуры

систем баз данных, но и необходимость явного выделения специального

концептуального уровня представления

базы данных, единого для всех

ее приложений и независимого от них. Кроме этого уровня предусматри-

вались еще два уровня: внутренний уровень, который должен обеспечи-

вать поддержку представления хранимой базы данных, и внешний, под-

держивающий представления базы данных «с точки зрения» приложе-

ний. На каждом архитектурном уровне предполагалось использование

той или

иной модели данных. Кроме того, на внешнем (прикладном,

пользовательском) уровне таких моделей может быть несколько. Моде-

ли, а также схемы, специфицируемые на их основе, называются соответ-

ственно внешней, концептуальной и внутренней.

Как очевидно, конечной целью проектирования является построе-

ние конкретной базы данных, в той или иной степени воплощающей

представление проектировщика о

предметной области и задачах, решае-

мых пользователями с помощью созданной базы. Рассматривая базу дан-

ных как конкретную реализацию модели, мы по существу устанавливаем

порядок процесса, отделяя этап определения принципов (то, какой база

должна быть) от этапа воплощения этих принципов при реализации базы

данных в конкретной среде СУБД, ОС и языках

программирования. И

как показывает практика, между реализациями баз данных и принципами

их построения всегда есть расхождения. Различия являются следствием

разных причин, но чаще всего это явный или неявный отказ от некото-

рых принципиальных ограничений, налагаемых, например, моделью

данных или базовыми (встроенными) алгоритмами обработки в пользу

частного решения, которое, по мнению проектировщика

, будет более

эффективно, например, для понимания или обработки данных.

Важность отделения проектирования на абстрактном уровне от фи-

зической реализации состоит в том, что, объявляя принципы, мы конст-

руктивно ограничиваем область применения. Во-первых, размерность и

сложность задачи должна быть сокращена до такого уровня, чтобы реа-

лизация стала возможной в данных

конкретных условиях – ресурсах сре-

ды, профессионализме проектировщика, подготовленности пользователя

и т.д. Во-вторых, поскольку база данных по определению предназначена

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 8

для многофункционального использования различными пользователями,

и в то же время – для обслуживания запросов, не предвиденных при про-

ектировании, такое явное объявление принципов позволит не вводить в

заблуждение пользователя и не создавать приложения для решения за-

дач, которые, в силу своего принципиального отличия от тех, которые

рассматривались при проектировании, обусловят неэффективную обра

ботку данных.

Проектирование базы данных – это упорядоченный формализован-

ный процесс создания системы взаимосвязанных описаний, то есть таких

моделей предметной области, которые связывают (фиксируют) храни-

мые в базе данные с объектами предметной области, описываемыми

этими данными. Прикладное назначение таких описаний состоит в том,

чтобы пользователь, практически не имеющий представления об органи-

зации данных в БД (физическом размещении в памяти данных и меха-

низмах их поиска), обращая запрос к базе, имел бы практическую воз-

можность получить адекватную информацию о состоянии объекта пред-

метной области.

Проектирование начинается с анализа предметной области и выяв-

ления функциональных и других требований к проектируемой системе.

Подробнее этот процесс

мы рассмотрим ниже, а здесь отметим, что про-

ектирование обычно выполняется человеком (группой людей) – систем-

ным аналитиком (а на практике чаще администратором базы данных),

которым может быть как специально выделенный сотрудник, так и бу-

дущий пользователь базы данных, достаточно хорошо знакомый с ма-

шинной обработкой данных.

Объединяя отдельные представления о

содержимом базы данных,

полученные в результате опроса пользователей, и свои представления о

данных, которые могут потребоваться для решения практических задач,

системный аналитик сначала создает обобщенное неформальное описа-

ние создаваемой базы данных. Это описание, выполненное с использова-

нием естественного языка, математических выражений, таблиц, графов и

других средств, понятных всем людям, работающим над

проектировани-

ем базы данных, называют инфологической моделью.

Такая человеко-ориентированная модель практически полностью

независима от физических параметров среды хранения данных, которой

может быть как память человека, так и ЭВМ. Поэтому инфологическая

модель не изменяется до тех пор, пока какие-то изменения в реальном

мире (той его части, которая отнесена к

предметной области) не потре-

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 9

буют изменения в модели соответствующего фрагмента описания, чтобы

эта модель продолжала адекватно отражать предметную область.

Остальные модели являются машинно-ориентированными. С их

помощью СУБД дает возможность программам и пользователям осуще-

ствлять доступ к хранимым данным лишь по их именам, не заботясь о

физическом расположении этих данных.

Так как доступ к данным

осуществляется с помощью конкретной

СУБД, то модели должны быть представлены на языке описания данных

этой СУБД. Такое описание, создаваемое по инфологической модели

данных, называют даталогической моделью данных.

Для размещения и поиска данных на внешних запоминающих уст-

ройствах СУБД использует физическую модель данных.

Представленная трехуровневая архитектура (инфологический, да-

талогический и физический

уровни) позволяет обеспечить независимость

хранимых данных от использующих их программ. Хранимые данные мо-

гут быть переписаны на другие носители или их физическая структура

может быть реорганизована, в том числе дополнена полями для новых

приложений, но это повлечет лишь изменение физической и, возможно,

даталогической модели данных. Главное, такие изменения физической и

даталогической

моделей не будут замечены существующими пользова-

телями системы (окажутся «прозрачными» для них) так же, как не будут

замечены и вновь подключаемые пользователи. Кроме того, независи-

мость данных обеспечивает возможность создания новых приложений

для решения новых задач без разрушения существующих.

Проектирование БД на основе принципов нормализации

Процесс проектирования БД на основе

принципов нормализации

представляет собой последовательность переходов от неформального

словесного описания информационной структуры предметной области к

формализованному описанию объектов предметной области в терминах

некоторой модели [10]. В общем случае можно выделить следующие

этапы проектирования:

1. Системный анализ и словесное описание информационных объ-

ектов предметной области.

2. Проектирование инфологической модели предметной области –

частично формализованное описание

объектов предметной области в

терминах некоторой семантической модели, например, в терминах ER-

модели.

3. Даталогическое или логическое проектирование БД, то есть опи-

сание БД в терминах принятой даталогической модели данных.

Мартьянова А.Е. Базы данных и знаний 10

4. Физическое проектирование БД, то есть выбор эффективного

размещения БД на внешних носителях для обеспечения наиболее эффек-

тивной работы приложения.

Если мы учтем, что между вторым и третьим этапами необходимо

принять решение, с использованием какой стандартной СУБД будет реа-

лизовываться наш проект, то условно процесс проектирования можно

представить последовательностью выполнения пяти

соответствующих

этапов (рис. I.1).

Системный анализ

предметной области

Инфологическое

проектирование

Выбор СУБД

Датало

проектирован

гическое

ие

(Логическое

проектирование)

Физическое проектирование

Рис. I.1. Этапы проектирования БД

Сист

группы лиц и комплексов задач, для обслуживания информационных по-

емный анализ предметной области

С точки зрения проектирования БД в рамках системного анализа,

необходимо осуществить первый этап, то есть провести подробное сло-

весное описание объектов предметной области и реальных связей, кото-

рые присутствуют между описываемыми объектами. Желательно, чтобы

данное описание позволяло корректно определить все взаимосвязи меж-

ду объектами предметной области.

В общем случае существуют два похода к выбору состава и струк-

туры предметной области [10]:

• Функциональный подход – он реализует принцип движения «от за-

дач» и применяется тогда, когда заранее известны функции некоторой