Элементы технологии определения типов связей в логических моделях распределенных баз данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Элементы технологии определения типов связей в логических моделях распределенных баз данных

М.В. Евланов, Мухайрат Мохаммад

В предлагаемой статье авторами рассматривается один из способов решения проблемы идентификации типов связей между сущностями логической модели данных проектируемой распределенной базы данных. Основываясь на представлении сущности как некоторого документа, авторами предложены математическая модель логической модели данных в виде категории, система классификации типов связей и алгоритм определения типов связей между сущностями распределенной базы данных.

Проблема разработки баз данных была и остается главной проблемой построения подавляющего большинства информационных управляющих систем (ИУС). При этом существующие средства автоматизации труда разработчика баз данных зачастую не предоставляют разработчику вариантов приемлемых моделей создаваемой базы [1]. Этот недостаток особенно затрудняет работу при создании распределенных баз данных (РБД). При этом главные трудности возникают при разработке логической модели данных РБД, на базе которой затем формируется физическая модель данных РБД.

Для преодоления возникающих проблем, разработчики вначале создают локальные логические модели данных, которые затем объединяются в общесистемную логическую модель данных. Такой подход к построению РБД ИУС целесообразен по следующим причинам [2]:

фрагментация РБД может проводиться на ранних стадиях создания в силу ряда причин (например, из-за территориальной или организационной обособленности изучаемого элемента объекта управления);

разработчик не всегда способен воспринимать модель сложной структуры с большим количеством элементов и связей между ними.

Таким образом, задача синтеза логической модели РБД ИУС может быть рассмотрена как последовательное решение задачи синтеза локальных логических моделей данных и задачи синтеза единой логической модели данных на основе результатов решения предыдущей задачи с учетом требуемой степени фрагментации проектируемой РБД.

В качестве математической модели, используемой для описания локальных логических моделей РБД, предлагается категорная модель . Объекты, отображения и морфизмы данной категорной модели представляют собой сущности , которые описывают моделируемые информационные потоки (документы), и сущности , которые отображают совокупность операций, выполняемых над сущностями . Сущности отражают структуру передаваемого по потоку документа. Любой документ представляет собой анкету, таблицу, текст или различные соединения этих структур. Исключая из дальнейшего рассмотрения текстовые документы как слабо формализуемые, при создании РБД ИУС следует обратить особое внимание на структуры сущностей, описывающих документы других типов. В общем случае структура сущности может иметь вид, показанный на рис. 1

Как следует из рис. 1, структура сущности позволяет практически без каких - либо изменений переходить к формированию моделей типа “сущность-связь” (ER-диаграмм). Эти модели являются первым шагом к построению логических моделей данных, а их математическое описание в виде категоричной модели будет иметь вид

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1 - Структурная схема сущности

(1)

где - класс объектов категории ;

- класс морфизмов категории ;

- совокупность сущностей и расширенных сущностей, соответствующих объектов подкласса ;

- совокупность сущностей и расширенных сущностей, соответствующих объектов подкласса ;

- совокупность сущностей и расширенных сущностей, соответствующих объектов подкласса ;

- совокупность сущностей, формируемых в результате обработки информационных потоков на объектах подкласса , либо формируемых пользователями для последующего представления ;

- совокупность сущностей, формируемых в результате обработки информационных потоков на объектах подкласса , либо формируемых пользователями для последующего представления ;

- совокупность сущностей, формируемых в результате обработки информационных потоков на объектах подкласса , либо формируемых пользователями для последующего представления ;

- совокупность сущностей, формируемых в результате обработки информационных потоков на объектах подкласса и подвергающихся последующей обработке на объектах подкласса ;

- совокупность сущностей, формируемых в результате обработки информационных потоков на объектах подкласса и подвергающихся последующей обработке на объектах подкласса ;

- совокупность операций (ввод, чтение, изменение , удаление и т.д.), выполняемых над совокупностями сущностей и расширенных сущностей объектов категории .

При таком подходе построение ER-диаграммы на основе категорной модели заключается в выявлении связей между сущностями . Эти связи определяются в общем случае совокупностью операций, выполняемых над сущностями объектов категорной модели . Для определения видов связей исследуем некоторый объект , принадлежащий классу объектов категорной модели . Предположим, что данный объект является концом нескольких морфизмов и отображений, которые могут быть описаны сущностями , а также началом нескольких морфизмов и отображений, которые могут быть описаны сущностями . Структурная схема фрагмента коммутативной диаграммы категорной модели с участием объекта представляем на рис. 2.

Рис. 2 - Структурная схема фрагмента коммутативной диаграммы для объекта .

Тогда, основываясь на структурной схеме сущностей , представленной на рис. 1, всю совокупность операций можно разделить на ряд отдельных классов и групп.

К первому классу следует отнести операции над атрибутами, образующими элемент «анкета» структуры сущностей. К первой группе данного класса относить операции, формирующие значения одного атрибута какой-либо сущности , на основании значения одного атрибута какой-либо сущности .

Ко второй группе данного класса следует относить операции, формирующие значения одного атрибута какой-либо сущности , на основании значений группы атрибутов какой-либо сущности . К третьей группе данного класса следует относить операции, формирующие значения одного атрибута какой-либо сущности , на основании значений группы атрибутов, принадлежащих различным сущностям . К четвертой группе данного класса следует относить операции, формирующие значения группы атрибутов, принадлежащих различным сущностям , на основании значения одного атрибута какой-либо сущности . К пятой группе данного класса следует относить операции, формирующие значения группы атрибутов, принадлежащих различным сущностям , на основании значений группы атрибутов какой-либо сущности . К шестой группе данного класса следует относить операции, формирующие значения группы атрибутов различных сущностей , на основании значений группы атрибутов различных сущностей .

Ко второму классу следует отнести операции над атрибутами, образующими элемент “таблица” структуры сущностей. По аналогии с операциями первого класса, все операции второго класса также можно разделить на шесть групп по соответствующим признакам принадлежности участвующих в операциях атрибутов.

К третьему классу следует отнести операции, которые связывают атрибуты, образующие элемент “анкета” структуры сущностей, с атрибутами, образующими элемент “таблица” структуры сущностей. По аналогии с операциями первого и второго классов, все операции третьего класса также можно разделить на шесть групп по соответствующим признакам принадлежности участвующих в операциях атрибутов.

К четвертому классу следует отнести операции, которые связывают атрибуты, образующие элемент «таблица» структуры сущностей, с атрибутами, образующими элемент “анкета” структуры сущностей. По аналогии с операциями первого, второго и третьего классов, все операции четвертого класса также можно разделить на шесть групп по соответствующим признакам принадлежности участвующих в операциях атрибутов.

К пятому классу следует отнести все операции, которые связывают атрибуты, образующие структуру сущностей, с атрибутом, образующим элемент неструктурированного текста структуры сущностей. Поскольку данные операции довольно сложны для формализации, в дальнейшем опреации данного класса рассматривать не будем.

Исходя из данной классификации, становится возможной автоматизация процесса формирования предположений о типах связей между сущностями ER-диаграммы. Так, к связям типа «1:1» возможно отнести операции первой, второй, четвертой и пятой групп первого класса. К связям типа «1:m» возможно отнести операции второй, третьей, четвертой и пятой групп третьего и четвертого классов. К связям типа «m:n» возможно отнести операции третьей и шестой группы первого класса, всех групп второго класса, второй, третьей, пятой и шестой групп третьего и четвертого классов. Поскольку при подобном подходе к определению типов связей возможны различные неоднозначности, алгоритм процедуры идентификации типа связей между сущностями должен быть двухэтапным. При этом на первом этапе данный алгоритм должен определить наличие связи между сущностями и определить возможные типы исследуемой связи. На втором этапе данный алгоритм путем исследования информации об участвующих в исследуемой связи атрибутах должен помочь проектировщику РБД ИУС вынести решение о типе исследуемой связи. Данный алгоритм базируется на следующих принципах:

при рассмотрении сущностей на первом этапе атрибуты, образующие элемент «анкета» структуры сущности следует считать элементами составного ключа, однозначно идентифицирующего экземпляр сущности, что подтверждается практикой различных форм (в том числе и электронного) документооборота;

при рассмотрении сущностей и их атрибутов на втором этапе уточнение типов связи целесообразно проводить на основании результатов исследования видов операций, связывающих соответствующие атрибуты;

при рассмотрении сущностей как на первом, так и на втором этапе целесообразным является продвижение от сущностей, формирующих левый верхний угол структурной схемы коммутативной диаграммы категорной модели , к сущностям, формирующим правый нижний угол структурной схемы коммутативной диаграммы, при этом в случаях возможного разночтения рекомендуется придерживаться правил движения «сверху вниз», а затем “слева направо”.

Следует учитывать также, что идентификация связей между сущностями на первом этапе зачастую не требует отработки полной информации об атрибутах. Поэтому целесообразным является перед началом процедуры идентификации типов связи между сущностями сформировать словари сущностей и атрибутов и в дальнейшем рассматривать сущности в виде следующего вектора [3]

база данные распределенный логический

(2)

где - представление атрибутов сущности предикатом, состоящим из элементов «наименование», «идентификатор», «тип информации», «длина» и «способ заполнения» ,;

- оператор использования атрибута в сущности , который принимает значение 1 в случае, если данный атрибут используется в данной сущности, и 0 в противном случае;

- формализованное представление i-ой сущности.

Учитывая, что сущность описывается также и временными характеристиками, а на первом этапе для идентификации наличия связи между сущностями достаточно сведений о наличии тех или иных атрибутов в сущностях, целесообразным становится формализованное представление сущностей на первом этапе идентификации связей в виде произведения

(3)

а на втором этапе идентификации связей в виде произведения

(4)

где временная характеристика сущности , отражающая длительность существования экземпляра данной сущности.

В этом случае алгоритм процедуры идентификации связей между сущностями представленный в виде коммутативной диаграммы отобразим следующим образом.

Шаг.1. Выбрать левый верхний объект подкласса на сформированной коммутативной диаграмме категорной модели .

Шаг.2. Определить совокупность морфизмов и отображений для которых исследуемый объект является началом.

Шаг.3. Сформировать описания сущностей , выявленных на шаге 2 морфизмов и отображений в виде выражения (3).

Шаг.4. Определить совокупность морфизмов и отображений, для которых исследуемый объект является концом.

Шаг.5. Сформировать описания сущностей выявленных на шаге 2 морфизмов и отображений в виде выражения (3).

Шаг.6. Выявить операторы атрибутов, участвующих в совокупности операций, которая определяет исследуемый объект.

Шаг.7. Если индексы всех операторов , участвующих в исследуемой операции, совпадают при различных значениях индекса , то между данными сущностями определяется связь типа “1:1”.

Шаг.8. Если все участвующие в операции атрибуты принадлежат структурному элементу ``таблица'', то между исследуемыми сущностями идентифицируется связь типа “m:n”.

Шаг.9. В остальных случаях в соответствии с определенными классами и группой исследуемой операции между сущностями идентифицируется связь, тип которой не установлен.

Шаг.10. Перейти по коммутативной диаграмме категорной модели на объект, который находится на уровень ниже. Если такой переход возможен, перейти затем к шагу 13.

Шаг.11. Подняться по коммутативной диаграмме на самый верхний уровень.

Шаг.12. Перейти по коммутативной диаграмме категорной модели на объект, который находится справа от исследуемого объекта. В случае невозможности выполнения операции перейти к шагу 14.

Шаг.13. Принять новый объект в качестве исследуемого и перейти к шагу 2.

Шаг.14. Если исследуемый объект не является объектом правого нижнего угла коммутативной диаграммы категорной модели , то перейти на уровень вниз и вернуться к шагу 12. В противном случае перейти к шагу 15.

Шаг.15. Выбрать левый верхний объект на коммутативной диаграмме категорной модели.

Шаг.16. Определить совокупность морфизмов и отображений , для которых исследуемый объект является началом.

Шаг.17. Определить совокупность морфизмов и отображений , для которых исследуемый объект является концом.

Шаг.18. Сформировать описания сущностей морфизмов и отображений и в соответствии с выражением (4).

Шаг.19. На определенных связях сравнить полные описания атрибутов. Если участвующие в связи атрибуты находятся во взаимно-однозначной зависимости, то принять тип связи “1:1”. Если хотя бы один участвующий в связи атрибут находится в структурном элементе «таблица», то принять тип связи “1:m”.

Шаг.20. Перейти по коммутативной диаграмме категорной модели на уровень ниже. В случае невозможности такого перехода перейти к шагу 22.

Шаг.21. Принять в качестве исследуемого новый объект и перейти к шагу 17.

Шаг.22. Подняться по коммутативной диаграмме на верхний уровень.

Шаг.23. Перейти по коммутативной диаграмме категорной модели на объект, который находится справа от исследуемого объекта, затем перейти к шагу 21. Если переход к новому объекту невозможен, то опуститься на уровень ниже.

Шаг.24. Если исследуемый объект не является объектом правого нижнего угла коммутативной диаграммы категорной модели , то перейти к шагу 23 , в противном случае закончить проверку.

Список литературы

1. Вендров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998. - 176 с. 2.

Хансен Г., Хансен Д. Базы данных. Разработка и управление. М.: БИНОМ, 1999. - 704 с.

3. Левыкин В.М., Евланов М.В. Реализация возможности модификации фунциональной структуры организационных АСУ АСУ и приборы автоматики. 1997. Вып. 105. С. 70-74.

Размещено на Allbest.ur