2. 2. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ “ОБЪЕКТ - СВОЙСТВО - ОТНОШЕНИЕ”

Для описания ИЛМ используются как языки аналитического (описательного) типа, так и графические средства в дальнейшем применяется графический способ отображения модели “объект-свойство-отношение”. В предметной области в процессе ее обследования и анализа выделяют классы объектов. Классом объектов называют совокупность объектов, обладающих одинаковым набором свойств. Например, если в качестве предметной области рассмотреть вуз, то в ней можно выделить следующие классы объектов: учащиеся, преподаватели, аудитории и т. д. Объекты могут быть реальными, как названные выше, а могут быть и абстрактными, как, например, предметы, которые изучают студенты.

При отражении в информационной системе каждый объект представляется своим идентификатором, который отличает один объект класса от другого, а каждый класс объектов представляется именем этого класса. Так, для объектов класса “ИЗУЧАЕМЫЕ ПРЕДМЕТЫ” идентификатором каждого объекта будет “НАЗВАНИЕ ПРЕДМЕТА”. Идентификатор должен быть уникальным.

Каждый объект обладает определенным набором свойств. Для объектов одного класса набор этих свойств одинаков, а их значения, естественно, могут различаться. Например, для объектов класса “СТУДЕНТ” таким набором свойств, описывающим объекты класса, может быть “ГОД РОЖДЕНИЯ”, “ПОЛ” и др.

При описании предметной области надо изобразить каждый из существующих классов объектов и набор свойств, фиксируемый для объектов данного класса.

Будем использовать для отображения объектов и их свойств следующие обозначения (рис. 2. 3).

Свойство

Рис. 2.3 Обозначение объектов и их свойств

Каждому классу объектов в инфологической модели присваивается уникальное имя.

При построении инфологической модели желательно дать словесную интерпретацию каждой сущности, особенно если возможно неоднозначное толкование понятия.

Рис. 2.4 Изображение связи «объект - свойство»

При описании предметной области надо отразить связи между объектом и характеризующими его свойствами. Это изображается просто в виде линии, соединяющей обозначение объекта и его свойств.

Связь между объектом и его свойством может быть различной. Объект может обладать только одним значением какого-то свойства. Например, каждый человек может иметь только одну дату рождения. Назовем такие свойства единичными. Для других свойств возможно существование одновременно нескольких значений у одного объекта. Пусть, например, при описании “СОТРУДНИКА” фиксируется в качестве его свойства “ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК”, которым он владеет. Так как сотрудник может знать несколько иностранных языков, то такое свойство будем называть множественным. При изображении связи между объектом и его свойствами для единичных свойств будем использовать одинарную стрелку, а для множественных свойств - двойную.

Кроме того, некоторые свойства являются постоянными, их значение не может измениться с течением времени. Назовем такие свойства статическими, а те свойства, значение которых может изменяться со временем, будем называть динамическими.

Другой характеристикой связи между объектом и его свойством является признак того, присутствует ли это свойство у всех объектов данного класса либо отсутствует у некоторых объектов. Например, для отдельных служащих может иметь место свойство “УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ”, а другие объекты этого класса могут не обладать, указанным свойством. Назовем такие свойства условными.

При изображении связи условного свойства с объектом будем использовать пунктирную линию, а для обозначения динамических и статических свойств будем использовать буквы D и S над соответствующей линией.

Иногда в инфологической модели бывает полезно ввести понятие “составное свойство”. Примерами таких свойств могут быть “АДРЕС”, состоящий из “ГОРОДА”, “УЛИЦЫ”, “ДОМА” и “КВАРТИРЫ”, и “ДАТА РОЖДЕНИЯ”, состоящая из “ЧИСЛА”, “МЕСЯЦА” и “ГОДА”. Используем в ИЛМ для обозначения составного свойства квадрат, из которого исходят линии, соединяющие его с обозначениями составляющих его элементов (рис. 2. 4).

В инфологической модели отображаются не отдельные экземпляры объектов, а классы объектов. Когда в ИЛМ изображено обозначение объекта, то ясно, что речь идет о классе объектов, обладающих описанными свойствами. Поэтому в инфологическую модель в большинстве случаев можно в явном виде не вводить еще и обозначение для класса объектов. Явное изображение класса объектов необходимо только в том случае, если в ПО для данного класса объектов фиксируются не только характеристики, относящиеся к отдельным объектам этого класса, но и какие-то интегральные характеристики, относящиеся ко всему классу в целом. Например, если для класса объектов “СОТРУДНИКИ ПРЕДПРИЯТИЯ” фиксируется не только возраст каждого из сотрудников, но и средний возраст всех сотрудников, то в инфологической модели необходимо отразить не только объект “СОТРУДНИК”, но и класс объектов “СОТРУДНИКИ”. Для отображения класса объектов можно использовать какое-то специфическое обозначение или такое же, которое используется для объектов (рис. 2. 5).

Рис. 2.5 Изображение класса объектов и интегральных характеристик класса.

Кроме связи между объектом и его свойствами, в инфологической модели фиксируются связи между объектами разных классов. Различают связи типа «один к одному» (1: 1), «один ко многим» (1: М), «многие к многим» (М: М). Иногда эти типы связей называются степенью связи.

Кроме степени связи в инфологической модели для характеристики связи между разными сущностями надо указывать так называемый “класс принадлежности”, который показывает, может ли отсутствовать связь объекта данного класса с каким-либо объектом другого класса. Класс принадлежности сущности должен быть либо обязательным, либо необязательным.

Объясним сказанное на конкретных примерах. Как указывалось выше, инфологическая модель строится не для отдельного объекта, а отображает классы объектов и связи между ними. Соответствующая диаграмма, отображающая это, называется диаграммой ER-типа (такое название обусловлено тем, что по-английски слово “сущность” пишется “Entity ”, а связь-“Relationship ”). Однако иногда, кроме диаграмм ER-типа, используются диаграммы ER-экземпляров.

Предположим, что в инфологической модели отображается связь между двумя классами объектов: “СОТРУДНИК” и “ЯЗЫК ИНОСТРАННЫЙ”.

Предположим, что предметной областью является завод, некоторые сотрудники которого знают иностранный язык, но ни один из них не владеет более чем одним языком. Естественно, что имеется много языков, которыми не владеет ни один из сотрудников, а также что некоторые из сотрудников владеют одним и тем же иностранным языком (рис. 2. 6).

с1. .я1

с2. .я2

с3. .я3

с4. .я4

с5. .я5

с6. .я6

с7. .я7

Рис. 2.6 Диаграмма ER - экземпляров

В этом случае диаграмма ER-экземпляров будет иметь вид, изображенный на рис. 2. 6, а диаграмма ER-типов-как на рис. 2. 7.

Рис. 2. 7. Диаграмма E - R типов

Предположим далее, что предметной областью является институт, а объект “ЛИЧНОСТЬ” отображает абитуриентов, поступающих в этот институт. Каждый из абитуриентов обязательно должен владеть каким-либо иностранным языком, но никто ни владеет более чем одним языком (рис. 2. 8). В этом случае диаграмма ER-экземпляров будет иметь вид, изображенный на рис. 2. 8, а диаграмма ER-типов-как на рис. 2. 9.

Личность Язык

л1 я1

л2 я2

л3 я3

л4 я4

л5 я5

л6 я6

л7 я7

Как в первом, так и во втором рассмотренном случае между, сущностями наблюдается отношение М: 1. На диаграмме это отображено со стороны объекта “ЛИЧНОСТЬ” двойной стрелкой, а со стороны объекта “ЯЗЫК ИНОСТРАННЫЙ” - одинарной стрелкой на линии, изображающей связь между данными сущностями.

Разница в рассматриваемых ситуациях заключается в том, что в первом случае класс принадлежности является необязательным для обоих сущностей, а во втором-для сущности “ЛИЧНОСТЬ” класс принадлежности является обязательным. На диаграмме (рис. 2. 9) это отображено точкой в прямоугольнике, соответствующем объекту “ЛИЧНОСТЬ”.

Пусть предметная область будет та же, что и в предыдущем случае, но имеют место ситуации, что некоторые абитуриенты знают несколько иностранных языков. В этом случае связь между объектами будет иметь тип М: М.

Для такой предметной области диаграмма ER-экземпляров будет иметь вид, изображенный на рис. 2. 10, а диаграмма ER-типов-как на рис. 2. 11.

Личность Язык

л1 я1

л2 я2

л3 я3

л4 я4

л5 я5

л6 я6

л7 я7

Предположим, что предметной областью является некоторый лингвистический институт, в котором каждый и: сотрудников обязательно знает несколько иностранных языков, и по каждому из известных науке языков в этом институте имеется хотя бы один специалист, владеющий им.

В этом случае связь между объектами будет М: М, и класс принадлежности обоих сущностей является обязательным.

(Пример можно было бы привести, но суть ясна).

Выше мы рассматривали объекты, не вникая в их сложность. На самом деле различают несколько разновидностей объектов.

Прежде всего это простые и сложные объекты. Объект называется простым, если он рассматривается как неделимый. Сложный объект представляет собой объединение других объектов, простых или сложных, также отображаемых в информационной системе. Понятие “простой” и “сложный” объект является относительным. В одном рассмотрении объект может считаться простым, а в другом этот же объект может рассматриваться как сложный. Например, объект “стул” в подсистеме учета материальных ценностей будет рассматриваться как простой объект, а для предприятия, производящего стулья, это будет составной объект (включающий “ножки”, “спинку”, “сиденье” и пр.).

Выделяют несколько разновидностей сложных объектов: составные объекты, обобщенные объекты и агрегированные объекты.

Составной объект соответствует отображению отношения “целое-часть”. Примерами составных объектов являются УЗЛЫ- ДЕТАЛИ, КЛАСС-УЧЕНИКИ и т. п.

Для отображения составных объектов в инфологической модели обычно не используются какие-либо специальные условные обозначения. Связь между составным и составляющими его объектами отображается так же, как это было описано выше. Причем характер связи тоже может быть разный: так, “ДЕТАЛИ” и “УЗЛЫ” связаны между собой отношением типа М: М, а “ГРУППА” и “СТУДЕНТЫ”-отношением 1: М.

Обобщенный объект отражает наличие связи “род-вид” между объектами предметной области. Например, объекты СТУДЕНТ, ШКОЛЬНИК, АСПИРАНТ, УЧАЩИЙСЯ ТЕХНИКУМА образуют обобщенный объект УЧАЩИЕСЯ. Объекты, составляющие обобщенный объект, называются его категориями.

Как “родовой” объект, так и “видовые” объекты могут обладать определенным набором свойств. Причем наблюдается так называемое наследование свойств, т. е. “видовой” объект обладает всеми теми свойствами, которыми обладает “родовой” объект, плюс свойствами, присущими только объектам этого вида.

Определение родо - видовых связей означает классификацию объектов предметной области по тем или иным признакам. Подклассы могут выделяться в инфологической модели в явном и неявном виде. В первом случае при графическом изображении вводится специальное обозначение для подкласса. На рис. 2. 14 изображен фрагмент инфологической модели, отражающий обобщенный объект “ЛИЧНОСТЬ” для высшего учебного заведения. Для него выделено несколько категорий: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ, СТУДЕНТ, АСПИРАНТ. Для обозначения подкласса в схеме использовался треугольник.

Естественно, что классификация может быть многоуровневой. Так, в рассматриваемом примере обобщенный объект “ЛИЧНОСТЬ” может быть разбит на два подкласса: СОТРУДНИК и УЧАЩИЙСЯ. СОТРУДНИКИ, в свою очередь, могут быть классифицированы на ПРОФЕССОРСКО-ПРЕПОДАВАТЕЛЬСКИИ СОСТАВ, АДМИНИСТРАЦИЯ и т. д.

Личность

Рис. 2.14 Изображение обобщенного объекта

Выделенные в предметной области классы объектов могут быть как пересекающимися, так и непересекающимися. Для отображения этих сведений в инфологической модели можно использовать граф пересечений, вершины которого соответствуют классам (подклассам) объектов, а ребра связывают пару вершин лишь в том случае, если соответствующие классы объектов являются пересекающимися. Для отображения степени пересечения можно воспользоваться взвешенным графом. При этом вес вершины будет обозначать мощность соответствующего множества объектов, а вес ребра - мощность множества, являющегося пересечением множеств, связанных этим ребром (рис. 2.15).

Рис. 2.15 Граф пересечений

Граф пересечений содержит дополнительную информацию о предметной области и не относится к классу ER-моделей.

Агрегированные объекты соответствуют обычно какому-либо процессу, в который оказываются “вовлеченными” другие объекты. Например, агрегированный объект “ПОСТАВКА” объединяет в себе объекты “ПОСТАВЩИК”, который поставляет продукцию, “ПОТРЕБИТЕЛЬ”, который получает эту продукцию, а также саму поставляемую “ПРОДУКЦИЮ”. Своеобразным объектом является “ДАТА ПОСТАВКИ”. Агрегированный объект может, так же как и простой объект, иметь характеризующие его свойства. В рассматриваемом примере таким свойством может быть размер поставки.

Агрегированные объекты обычно называются отглагольными существительными (например, поставлять-поставка, выпускать- выпуск, продавать-продажа и т. д.).

Рис. 2.16 Изображение агрегированного объекта

Для отображения агрегированного объекта в инфологической модели будем использовать следующие условные обозначения:

сам агрегированный объект будем изображать ромбом, рядом с которым указывается имя соответствующего объекта. Этот ромб необходимо связать с условными обозначениями тех объектов, которые образуют этот агрегированный объект. Свойства агрегированного объекта изображаются так же, как и для простого объекта. На рис. 2.16 изображен агрегированный объект “ПОСТАВКА ПРОДУКЦИИ”.

Структурные элементы БД

В описании объекта данных нужно выделить 2 составляющие: структуру и экземпляр.

Структура – перечень атрибутов объекта и характеристики атрибутов.

Экземпляр – совокупность значений атрибутов.

Структура изменяется крайне редко. Экземпляр подвержен изменениям.

При хранении в ЭВМ базе данных соответствует группа файлов и папок, набору объектов соответствует файл. Каждому объекту соответствует запись в файле. Каждому атрибуту соответствует поле записи.

Для описания атрибута используются следующие характеристики:

1. имя, например, nContract, cStudent;

2. тип, например, символьный, числовой;

3. длина, например, 15 байт;

4. точность, для числовых данных.

5. описание, комментарий;

6. формат изображения на экране и бумаге;

7. подсказка;

8. формат ввода;

9. начальное значение;

10. диапазон значений.

Ключ – это средство упорядочивания объектов в наборе. Ключ содержит ключевое выражение, составляемое из атрибутов объектов. По возрастанию значения ключевого выражения объекты предъявляются для просмотра и обработки.

Для одного набора можно задать несколько ключей. Например, для набора Работники можно задать ключ по алфавиту фамилий, работники будут предъявляться по алфавиту.

Ключ называется первичным , если по одному значению его выражения из набора выделяется 0 или 1 объект. Например, для набора работников ключ «По табельному номеру» первичный, так как по одному значению табельного номера выделяется или ни одного, или только один работник.

Ключ называется вторичным , если по одному значению его выражения из набора выделяются 0 и более объектов. Например, ключ для набора работников ключ «По алфавиту фамилий» вторичен, так как среди работников могут быть однофамильцы.

По аксиоме отличия у каждого набора существует первичный ключ. В крайнем случае в его выражение включает все атрибуты объекта в наборе.

Хорошей практикой служит введение для объекта данных искусственного атрибута «Порядковый № в наборе», который автоматически присваивается и уникален. Ключ по такому атрибуту называется суррогатным .

Заметим, что понятия первичного и вторичного ключа не зависят от количества и значений объектов в наборе. Первичные и вторичные ключи бывают для пустых наборов.

Пусть имеется n наборов объектов Е 1 , Е 2, … , Е n .

Связью называется множество последовательностей объектов (е i 1 , е i 2, …, е i n), где е i 1 Î Е 1, е i 2 Î Е 2, …, е i n Î Е n.

С помощью связей наборы объектов объединяются в единую информационную структуру.

Между двумя наборами объектов (n=2) различают три типа связей:

1. один к одному (1:1);

2. один ко многим (1:М);

3. много ко многим (М:N).

«один к одному», если для каждого объекта из первого набора можно указать 0 или 1 объект из второго набора и для каждого объекта из второго набора можно указать 0 или 1 объект из первого набора.

Примерами связей типа 1:1 служат связи между:

· студентами и зачетными книжками,

· между государствами и валютами,

· между офицерами и табельным оружием,

· между гражданами и заграничными паспортами. У каждого студента или нет зачетной книжки, или есть только одна.

Для каждой зачетки или студент не указан, или имеется только один.

Связь между двумя наборами Е 1 и Е 2 относится к типу «один ко многим» 0 или более 0 или 1 объект из первого набора.

Примерами связей 1:М служат связи между

· банками и вкладами,

· вкладами и взносами,

· между группами и студентами,

· между отделами и сотрудниками,

· между ведомостями и строками ведомостей,

· между клиентами и заявками.

В каждом банке или нет вкладов (банк еще не открылся) или может быть много вкладов. Для каждого вклада или банк не указан, или есть только один.

Связь между двумя наборами Е 1 и Е 2 относится к типу «многие ко многим» , если для каждого объекта из первого набора можно указать 0 или более объектов из второго набора и для каждого объекта из второго набора можно указать 0 или более объектов из первого набора.

Примерами связей M:N служат связи между

· продуктами и странами,

· между студентами и дисциплинами,

· между сотрудниками и проектами,

· между заявками и товарами,

· между магазинами и покупателями.

Каждый продукт может поставляться из многих стран и не поставляться вовсе. Каждая страна может поставлять много продуктов и не поставлять никаких.

Графически связи изображаются стрелками (рис.4.5).

В реальных СУБД реализуется только один тип связи – один ко многим.

Связь 1:1 получается из связи 1:М путем ее ограничения.

Для реализации связи М:N вводится новый набор объектов и используются две связи 1:М.

Например, связь между странами и продуктами типа M:N получается с помощью набора данных «поставки» (рис.4.6).

0

(Лекция 7)

Проектирование и создание БД Анализ предметной области. Выявление классов объектов и связей Предметная область определена, если известны существующие в ней объекты, их свойства и отношения между ними)

Объект в концептуальном подходе - это то, о чем в информационной системе должна накапливаться информация.

Одним из важных этапов анализа предметной области является выявление и описание классов объектов (сущностей) и связей между ними. Описание может быть получено в произвольном виде, но для удобства процесса проектирования его формализуют в виде таблиц.

Классы объектов

Как выявить в предметной области классы объектов?

Класс объектов (тип сущности, сущность) - это значимая вещь, о которой предприятие должно хранить информацию.

Признаки класса объектов, существующего в предметной области:

а) нечто важное, о чем предприятию необходимо хранить информацию;

в) именованное понятие;

г) существительное;

д) класс объектов есть, если есть реальный значимый объект;

Выявив класс объектов, необходимо дать ему имя. Оно должно быть уникальным.

В качестве имени выбираются термины, используемые на предприятии.

Имя изобретается, если все остальные возможности исчерпаны, так как придуманные имена могут привести к неправильному пониманию и дублированию.

Имя должно быть согласовано с заказчиком.

Имя может состоять из более чем одного слова (уточняющие имя слова -прилагательные и прочее). Часто одно и тоже называют одним именем, тогда необходимо выбрать одно главное имя, остальные описать как синонимы.

При выявлении класса объектов выявляется группа вещей, состоящих из отдельных элементов (объектов). Класс объектов - это класс или категория вещей. Например, класс объектов «ОТДЕЛ» состоит из конкретных объектов «Учебно- методический отдел», «Отдел главного механика».

Этапы выявления и моделирования класса объектов:

а) исследование каждого существительного, выявленного в ходе анализа предметной области на предприятии и выявление его значимости;

б) выявление, имеется ли информация об этом существительном, которую необходимо хранить для данного предприятия;

в) присвоение имени классу объектов в единственном числе;

г) проверка, можно ли отличить один объект класса объектов от другого;

д) описание класса объектов для проверки того, что все (разработчики, заказчики) вкладывают в этот термин одно и тоже значение;

Свойства классов объектов

Для каждого класса объектов определяют его свойства (атрибуты сущности). Свойство - это конкретный элемент информации.

Свойство описывает класс объектов. Это качественное или количественное описание класса объектов.

Свойство может выглядеть следующим образом:

Описательные слова, фразы;

Предложные конструкции (сумма зарплаты для каждого сотрудника);

Притяжательные существительные и местоимения (прочие, дата окончания, признак устаревания).

Каждое свойство наделяется именем. Имена должны быть понятными и однозначными.

Какую информацию о классе объектов надо хранить;

Какую информацию о классе объектов надо выводить на экран или печать;

Нужно ли на самом деле это свойство.

Заказчики часто забывают о своих конкретных потребностях - думают, что поле само появится на экране или отчете, и не видят необходимости упоминать об этом.

Изучая существующую на предприятии документацию, необходимо обращать внимание на устаревшие требования прежних систем, например, старая форма выходного документа - членство в партии, национальность.

Необходимо также отмечать производные и агрегированные данные, для каждого класса объектов фиксируются только исходные свойства.

Производные и агрегированные свойства описываются отдельно и формируются, как правило, программой на основе значений исходных свойств. Необходимость хранения таких свойств бывает достаточно редкой.

К имени свойства предъявляется ряд требований. Имена должны быть понятными и однозначными, например название свойства "количество" может привести к путанице - возвращенное, поставленное? Необходимо выбирать более конкретные имена: «размер поставки», «объем заказа» и т.п. Если имя состоит из более, чем одного слова, они разделяются пробелами.

Самый распространенный пример - свойство «дата». Если не указано конкретно, что это за дата, она может интерпретироваться как дата рождения, дата найма.

Если необходимо хранить и то и другое, добавляется конкретное свойство, например, кроме даты найма необходимо еще хранить дату избрания по конкурсу. Это может быть выявлено на более поздних этапах анализа предметной области.

Выявленное в ходе анализа предметной области свойство необходимо разбить на мельчайшие компоненты, имеющие смысл. Уровень деления зависит от потребностей предприятия.

Классические примеры: адрес, блочные размеры пиломатериалов (высота, длина, ширина), можно хранить и в виде одного свойства, но более полезно хранить в виде отдельных свойств.

Отличие класса объектов (сущности) от свойства (атрибута) приведено в таблице 4.

Таблица 4 - Отличия между классом объектов и свойством

Определив свойство, необходимо убедиться, что для каждого конкретного объекта свойство может иметь одно единственное значение.

Если обнаруживается более одного значения у какого-либо свойства, это свидетельствует о недостающем свойстве у класса объектов или кандидате в новый класс объектов.

Если обнаружится свойство, имеющее собственные свойства, то это не свойство, а класс объектов. Например, выявлен класс объектов «СПЕЦОДЕЖДА», имеющий свойства «номер», «название», «цвет». Если в ходе дальнейшего анализа и изучения соответствующего в предметной области документа, что цвет кроме названия должен иметь артикул, то «цвет» это уже не свойство, а класс объектов «ЦВЕТ» с соответствующими свойствами «название», «артикул».

Для каждого свойства необходимо определить его опциональность.

Опр.: Опциональность свойства - определение обязательности значения свойства объекта сохранении в базе данных информации о конкретном объекте.

Обязательное значение свойства должно существовать и быть известным для каждого объекта рассматриваемого класса объектов.

Необязательные значения свойства могут быть неизвестны (или не существуют) для какого-либо объекта на момент его создания.

Например, значение свойства «дата начала работы» известно всегда для работающего сотрудника, а значение свойства «дата окончания работы» может быть неизвестным в заданный момент времени, если у сотрудника контракт бессрочный.

Для каждого свойства также выявляются в предметной области и описываются:

Формат (тип, максимальное длина, средняя длина (обычный размер), место десятичной точки, единица измерения;

Допустимые значения (диапазон, список значений, несколько диапазонов, значения по умолчанию);

При выявлении характеристик свойств могут быть определены и домены.

Домен (с точки зрения предметной области) - это набор правил проверки с точки зрения бизнеса, ограничений, относящихся более чем к одному свойству.

Домен с точки зрения реляционной БД - допустимое множество значений, на котором м.б. определен (ы) один или более атрибутов одного или более реляционного отношения.

С помощью домена можно задать: диапазон значений; список конкретных значений; несколько диапазонов; математическое уравнение; значение по умолчанию и т.п. Эти правила описываются в БД один раз и применяются для разных свойств. Самый известный домен {да, нет}.

Существует следующая технология работы со свойствами, содержашая шаги:

Выявление кандидата в свойство;

Связывание свойства с классом объектов;

Присвоение имени свойству;

Определение формата свойства;

Определение опциональности свойства;

Определение логических ограничений свойства, накладываемых предметной областью (вхождение значения в диапазон и др.);

Проверка того, что это действительно свойство, а не класс объектов;

В случае необходимости создание домена.

Все экземпляры (объекты) выявленного класса объектов должны однозначно определяться, быть идентифицированными. Если объект не может быть однозначно идентифицирован в классе объектов, то это возможно это не класс объектов вообще.

Определение уникальных идентификаторов

Для каждого класса объектов должны быть обязательно выявлены уникальные идентификаторы.

Уникальный идентификатор - это свойство, совокупность свойств или комбинация свойств и связей, используемых для однозначной идентификации объекта в классе объектов.

Свойство, входящее в состав уникального идентификатора должно иметь обязательную опциональность.

Количество уникальных идентификаторов в классе объектов может быть каким угодно. И каким угодно может быть количество компонентов (свойств и связей), входящих в состав уникального идентификатора.

Уникальный идентификатор можно определять на любом этапе анализа предметной области, но чтобы приступить к описанию и проектированию класса объектов, необходимо, чтобы каждый класс объектов имел уникальные идентификаторы.

Замечание:

Выбирая способ идентификации объектов класса объектов, необходимо моделировать не технологические потребности разрабатываемой системы, а потребности бизнеса.

При использовании в качестве уникального идентификатора числового кода необходимо убедиться, что в предметной области имеется соответствующий документ, в котором такой код отображается.

Например, свойства «табельный номер сотрудника», «код подразделения» уже определены существующей на предприятии системой бухгалтерского учета, свойство «код должности» представлено в отраслевом классификаторе должностей и т.п.

Замечание:

На этапе проектирования БД (далее при построение ДЛМ БД - суррогатные ключи) уникальный идентификатор может быть сгенерирован технически, но во время анализа предметной области используются уникальные идентификаторы, используемые предприятием.

Если уникальных идентификаторов несколько, необходимо определить главный. Таким делается идентификатор, чаще используемый в бизнесе, например, «табельный номер». Либо любой уникальный идентификатор, имеющий наименьшую длину и числовой тип.

Самое большое количество уникальных идентификаторов имеет такой класс объектов, как «ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО/ ЧЕЛОВЕК». Каждый объект в таком классе объектов может быть однозначно идентифицирован такими свойствами: «номер», «серия паспорта», «ИНН», «номер водительского удостоверения», «номер жетона». Для класса объектов «ДОЛЖНОСТЬ» могут быть выявлены следующие уникальные идентификаторы: «код», «название», «краткое название».

Необходимо отметить, что чем больше классов объектов будет выявлено в ходе анализа предметной области, тем более нормализованной затем будет структура реляционной базы данных.

Почти любое существительное в предметной области имеет право быть определено как класс объектов, поскольку почти каждое существительное имеет,

как минимум, набор из трех свойств: название объекта, краткое название объекта, числовой эквивалент названия объекта (код, номер, шифр).

Увидеть классы объектов можно подробно изучив на предприятии информационные потоки, подлежащие автоматизации.

Информационные потоки представлены документами.

Любой документ является кандидатом в класс объектов. Документ имеет шапку, в которой, как правило, указано название документа и дата его формирования.

Документ имеет информативную часть, в которой находятся качественные и количественные показатели.

В нижней части документа находятся фамилии и должности лиц, подписывающих документ.

На документе могут также быть расположены название, адрес и другие реквизиты предприятия, выпускающего документ.

Таким образом, изучая документ, можно увидеть и выделить следующие классы объектов: «ПРЕДПРИЯТИЕ/ ЮРИДИЧЕСКОЕ ЛИЦО» или

«СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ПРЕДПРИЯТИЯ»; «ТИП СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЫ»; «АДРЕС»; «НАСЕЛЕННЫЙ ПУНКТ»; «ТИП НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА»; «УЛИЦА»; «ТИП УЛИЦЫ» (улица, проспект, переулок, проезд и т.п.); «ДОКУМЕНТ»; «ПОЗИЦИЯ ДОКУМЕНТА»; «ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО»; «ДОЛЖНОСТЬ»; «ЗАПИСЬ О РАБОТЕ ФИЗИЧЕСКОГО ЛИЦА» (дата начала, дата окончания); «ТОВАР/ УСЛУГА»; «Объект» (учета).

Что представляет из себя класс объектов «ПОЗИЦИЯ ДОКУМЕНТА»? Любой документ обычно имеет несколько позиций (позиции приказа, позиции прайс-листа, позиции счета-фактуры, записи учетной карточки и тому подобное). Таким образом, видна существующая в предметной области связь типа 1:М: «каждый ДОКУМЕНТ должен иметь одну или более ПОЗИЦИЙ»; с обратной стороны связь читается - «каждая ПОЗИЦИЯ ДОКУМЕНТА должна относиться к одному и тому же ДОКУМЕНТУ». Кроме того, каждая позиция документа имеет свои собственные свойства - номер, какие-то количественные показатели (количество учетных единиц, цена за единицу и другие).

Для каждой предметной области можно увидеть обязательный для всех предметных областей перечень классов объектов. Каждая предметная область, в широком смысле слова, отображает работу какого-либо предприятия или организации - производственного предприятия, учебного или лечебного учреждения, торговой организации, склада, пункта проката, домашней экономической сферы и так далее. Название (полное или краткое) предприятия или организации фигурирует в различных выходных документах и отчетах. Таким образом, в предметной области присутствует класс объектов ПРЕДПРИЯТИЕ или СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА ПРЕДПРИЯТИЯ. Кроме того, зачастую необходимо вести учет адреса и телефона этого предприятия. В предметной области обязательно

присутствуют физические лица, занимающие те или иные должности, своими подписями фиксирующие учет (приход или расход) какого-либо объекта. При чем, для решения задач анализа данных и принятия затем соответствующих управленческих решений, для предметной области представляет интерес хранения знаний об истории учета состояния того или иного объекта. И ещё одна категория обязательных для каждой предметной области классов объектов - это документы, на основании которых и происходят все процессы в заданной предметной области.

Свести все итоги анализа предметной области в ходе выявления классов объектов и их свойств можно в виде формализованного описания, таблицы. Пример такого описания приведен в таблице 5.

Таблица 5 - Формализованное описание предметной области. Классы объектов, свойства.

Свойство	Уникальный иденти- фикатор	Физические характерис- тики свойства (тип, длина)	Опциональ- ность свойства (Да/ Нет)	Логические ограничения свойства (диапазон значений, прописные, строчные буквы для символьных свойств и т.п.)	Процессы для значений свойств
таб.номер				> 0
				> 0	Вв, Пр, Об
				Перв. буква заглавн.	Вв, Пр, Об
дата рожд				ДД.ММ.ГГГГ	Вв, Пр, Об
ДОЛЖНОСТЬ

В таблице использованы сокращения: У - уникальный идентификатор, П -кандидат в первичный ключ (главный уникальный идентификатор), Г - генерация данных, Вв - ввод данных, Пр - просмотр данных, Об - обновление данных.

Связи между классами объектов

Поскольку всё в этом мире связано, то параллельным шагом в ходе анализа предметной области, вместе с выявлением классов объектов и их свойств, является шаг выявления связей, ассоциаций, возникающих между классами объектов. Связи представляют информационные потребности и правила бизнеса на предприятии, их определение можно выразить следующим:

Именованная, значимая ассоциация между двумя классами объектов.

Отношение, которое имеет одна вещь к другой.

Рассматривая связь необходимо думать о ней как о двусторонней, двунаправленной.

Каждая связь обладает определенными характеристиками.

Опциональность связи число. Это бизнес-правило, указывающее должна ли связь существовать для каждого объекта класса объектов (обязательная связь) или это не требуется (необязательная связь).

Например, на предприятии выявлено следующее правило: «каждой

конкретной категории должности может соответствовать должность». В некоторый момент времени на предприятии появляется документ о создании новой категории, но нет ещё ни одной должности, ссылающейся на эту категорию. Но с другой стороны есть и правило: «каждая должность на предприятии должна быть отнесена к одной и только одной должности». Таким образом, видно, что между двумя классами объектов («КАТЕГОРИЯ ДОЛЖНОСТИ» и «ДОЛЖНОСТЬ») выявлены две разные ассоциации.

Мощность (максимальное кардинальное число). Это бизнес правило, указывающее сколько таких связей существует - одна и только одна, или много. Если обнаружена связь, которая имеет мощность «ноль», эта связь необязательная.

Мы рассматриваем бинарные связи (могут быть разные)

Каждая сторона связи имеет имя. Это описание правил бизнеса.

Например: «соответствует», «относится к».

Имена часто составляют пары: «основан на» - «является основой для»; «приобретается у» - «поставляется»; «отвечает за» - «находится под ответственностью».

Имя имеет большое значение, оно показывает насколько хорошо понята взаимосвязь информации.

Увидев связь, необходимо убедиться в том, что она имеет смысл. Для этого её необходимо проговорить как обычное предложение в обе стороны (любая связь двусторонняя), используя правило произношения связи (таблица 6).

Таблица 6 - Правило чтения связи

Пример чтения связи: «каждое ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО может иметь ноль, одну или более ЗАПИСЕЙ ТРУДОВОЙ КНИГИ»; «Каждая ЗАПИСЬ ТРУДОВОЙ КНИГИ должна относиться к одному и только одному ФИЗИЧЕСКОМУ ЛИЦУ».

Рассмотрим более подробно существующие типы (мощности) связей.

1. Связь «один_ко_многим» (1:М). Это самый распространенный тип связи, имеющей мощность один и более в одном направлении и один и только один в

другом. Классы объектов, находящиеся в этой связи на стороне «один» называют главным или родительским. Класс объектов, находящийся на стороне «много» -подчиненным или потомком.

В большинстве случаев подчиненные классы объектов необязательны, а главные обязательны. То есть, объект главного класса объектов может существовать без подчиненного объекта, а подчиненный без главного нет.

С точки зрения базы данных это означает, что сначала в БД создается объект главного класса объектов, а потом объекты подчиненного. Если связь 1:М не обязательная с обеих сторон, объекты могут создаваться произвольно. Связи 1:М, обязательные с обеих сторон, очень редки и означают, что объекты двух классов объектов не могут существовать друг без друга.

Пример связи 1:М: «каждой СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЕ ПРЕДПРИЯТИЯ может соответствовать ноль, одна или более ЗАПИСЕЙ ТРУДОВОЙ КНИГИ». С обратной стороны: «Каждая ЗАПИСЬ ТРУДОВОЙ КНИГИ должна относиться к одной и только одной СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЕ ПРЕДПРИЯТИЯ».

2. Связь «многие_ко_многим» (М:М или M:N). Это тоже очень распространенный тип связи, особенно на начальных этапах анализа предметной области. Эта связь имеет мощность «один или более» в обоих направлениях. Пример такой связи: «в каждой СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЕ ПРЕДПРИЯТИЯ могут работать много ФИЗИЧЕСКИХ ЛИЦ». С обратной стороны: «каждое

ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО может работать во многих «СТРУКТУРНЫХ ЕДИНИЦАХ ПРЕДПРИЯТИЯ».

Большинство связей М:М необязательны в обоих направлениях, то есть объект одного класса объектов может существовать без привязки к объекту другого класса объектов, любой экземпляр может появиться первым. Связи М:М, обязательные с обеих сторон очень редки - объекты обоих классов объектов должны быть созданы одновременно.

Необходимо заметить, что в любой предметной области нет связей «многие_ко_многим», в каждый момент времени всё определяется однозначно. Появление такой связи в проектной документации показывает, что предметная область не дообследована. Связь М:М может быть «разорвана» каким-либо документом или позицией документа. Такой класс объектов, разрывающий связь М:М называют «сущностью пересечения». Необходимо только увидеть, найти этот класс объектов. Для выше приведенного примера связи М:М таким классом объектов является «ЗАПИСЬ ТРУДОВОЙ КНИГИ». Если мы его выявили, то связи в предметной области уже звучат так: «каждой СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЕ ПРЕДПРИЯТИЯ может соответствовать ноль, одна или более ЗАПИСЕЙ ТРУДОВОЙ КНИГИ». С обратной стороны: «каждая ЗАПИСЬ ТРУДОВОЙ КНИГИ должна относиться к одной и только одной СТРУКТУРНОЙ ЕДИНИЦЕ ПРЕДПРИЯТИЯ». И ещё одна связь: «каждому ФИЗИЧЕСКОМУ ЛИЦУ,

работающему на предприятии, может соответствовать ноль, одна или более ЗАПИСЕЙ ТРУДОВОЙ КНИГИ».

3. Связь «один_к_одному» (1:1). Редкая связь, обычно с точки зрения бизнеса это означает, что это не два класса объектов, а один. Эта связь может иметь мощность один и только один в обоих направлениях. Если обнаружится такая связь, следует ещё раз исследовать информационные потоки и может выясниться, что два выявленных класса объектов фактически составляют один.

Пример связи 1:1: «каждый ВЕЛОСИПЕД может использоваться только одним ЧЛЕНОМ КЛУБА». С обратной стороны: «каждый ЧЛЕН КЛУБА может ездить только на одном ВЕЛОСИПЕДЕ»

Связи 1:1, обязательные на обоих концах, когда оба объекта должны появляются одновременно, очень редки.

После выявления любой связи между классами объектов необходимо (для каждой её стороны):

Установить наличие;

Выбрать имя;

Определить мощность;

Определить опциональность;

Проверить путем чтения.

Необходимо заметить, что между двумя классами объектов может быть выявлено сколь угодно много связей. Например, между классами объектов «ФИЗИЧЕСКОЕ ЛИЦО» и «АДРЕС» может быть выявлено 2 связи: одна фиксирующая адрес прописки, другая - адрес проживания.

4. Рекурсивная связь. Связь между объектами одного класса объектов. Такая связь может обладать всеми свойствами, присущими любой другой связи.

Пример: Каждый УЗЕЛ может выступать в качестве родителя для одного или более УЗЛОВ. Каждый УЗЕЛ может подчиняться одному и только одному УЗЛУ.

Свести итоги выявления связей можно с помощью следующей таблицы:

Таблица - Формализованное описание предметной области. Связи между классами объектов

В таблице использованы следующие сокращения: КО - класс объектов; Д.б. -должна быть, М.б. - может быть.

Выявленные связи проверяются путем чтения. Необходимо помнить, что каждая связь двусторонняя!

Неформализованное описание предметной области

В процессе анализа также необходимо зафиксировать бизнес правила или семантические (смысловые) утверждения, ограничивающие предметную область в рамках решаемой задачи. Это не функции предприятия, как таковые, а непреложные факты, которым всегда должна подчиняться разрабатываемая автоматизированная информационная система.

Примеры семантических утверждений:

- «На работу принимаются служащие, достигшие 16-ти летнего возраста»;

- «Любой сотрудник не может отвечать одновременно более чем за десять сдаваемых в аренду или продаваемых объектов недвижимости»;

- «Любой сотрудник не имеет права продавать или сдавать в аренду свою собственную недвижимость»;

- «Специальные скидки не распространяются на автомобили возрастом менее одного года»;

- «Общая сумма скидок не может превышать 40% чистой суммы, указанной в счете-фактуре».

Выявленные семантические утверждения записываются на естественном языке и должны быть далее отражены в БД. Как правило, подобные правила реализуются с помощью таких объектов БД, как триггеры, процедуры, просмотры (представления).

Скачать лекцию: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Виды взаимосвязей между объектами предметной области

Связи по признаку множественности могут быть четырех типов – «один-к-одному», «один-ко-многим», «много-ко-многим», «много-к-одному».

Связь один-к-одному (1:1) существует, когда один экземпляр одного объекта связан с единственным экземпляром другого. Связь уникальна слева направо, так и справа налево.

руководит

Предприятие Директор

Связь один-ко-многим (1:М) существует, когда один экземпляр первого объекта связан с одним (или более) экземпляром второго объекта, но каждый экземпляр второго объекта связан только с одним экземпляром первого. Связь уникальна справа налево.

Состоит из

Город Район

Связь много-ко-многим (М:М) существует, когда один экземпляр первого объекта связан с один или большим количеством экземпляров второго и каждый экземпляр второго с одним или многими экземплярами первого

Студент (фамилия, № зачетной книжки. Факультет) Предмет (название, кол-во часов)

Отношение «много-к-одному» (М:1) схоже с отношение «один-ко-многим». Связь является уникальной лишь слева направо.

Фамилия студента (М:1) Номер группы

Концептуальная модель . Модель объектов с описывающими их атрибутами и взаимосвязями между ними называется концептуальной моделью . Эта модель представляет объекты и их взаимосвязи без указания способа их физического хранения.

Графически представляется в виде специальной диаграммы, предложенной американским специалистом в области баз данных Ч. Бахманом. В диаграммах Бахмана объекты представляются вершинами некоторого математического графа, связи – дугами графа. Рассмотрим для примера Модель данных о закупках (см. рис.48).

Рис. 48 Пример оформления концептуальной модели

Модель состоит из трех объектов: Поставщик, Заказ, Товар.Отношение Оформлен существующее между объектами Поставщик и Заказ имеет мощность один-ко-многим, так как каждый заказ делается одному поставщику, но данному поставщику может быть сделано несколько заказов. Связь между объектами Заказ и Товар имеет мощность много-ко-многим, так как заказ содержит несколько товаров и товар может встречаться в нескольких заказах.

Одно – однозначные связи

Одно – однозначные связи имеют место, когда каждому экземпляру первого объекта (А) соответствует только один экземпляр второго объекта (В)и наоборот, каждому экземпляру второго объекта (В) соответствует только один экземпляр первого объекта (А). Следует заметить, что такие объекты легко могут быть объединены в один, структура которого образуется объединением реквизитов обоих исходных объектов, а ключевым реквизитом может быть выбран любой из альтернативных ключей, т.е. ключей исходных объектов. Графическое изображение одно – однозначных связей являются группа – староста, фирма – расчетный счет в баке и т.п.

Рис.1 Графическое изображение одно – однозначных отношений объектов

Одно – многозначные связи (1:М)

Одно – многозначные связи (1:М) – это такие связи, когда экземпляру одного объекта (А) может соответствовать несколько экземпляров другого объекта (В), а каждому экземпляра второго объекта (В) может соответствовать только один экземпляр первого объекта (А).

Рис.2 Графическое изображение одно – многозначный связи отношений объектов.

В такой связи объект А является главным объектом, а объект В – подчиненным, т.е. имеет место иерархическая подчиненность объекта В объекту А. Примером одно – многозначных связей являются подразделения – сотрудники, кафедра – преподаватель, группа студент и т.п.

Много – многозначные связи (M:N)

Много – многозначные связи (M:N) – это когда, каждому экземпляру одного объекта (А) могут соответствовать несколько экземпляров второго объекта (В) и наоборот, каждому экземпляру второго объекта (В) может соответствовать тоже несколько экземпляров первого объекта (А).

Рис.3 Преобразование связи типа M:N через объект – связку

Объект – связка должен иметь идентификатор, образованный из идентификаторов исходных объектов Ка и Кб.
Примером много – многозначных связей является связь поставщики – товары, если один поставщик поставляет разные наименования товаров, а товар одного наименования поставляется несколькими поставщиками.

Определение связей между информационными объектами

Рассмотрим определение связей между информационными объектами и тип отношений, которыми они характеризуются, для предметной области Учебный процесс .

Связи между объектами ГРУППА - СТУДЕНТ характеризуются одно – многозначными отношениями (1:М), поскольку одна группа включает много студентов, а один студент входит только в одну группу. Связь между ними осуществляется по номеру группы, который является уникальным идентификатором главного объекта ГРУППА входит в составной идентификатор объекта СТУДЕНТ (см.табл.1)

Аналогично устанавливается связь между объектами КАФЕДРА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ , которые также находятся в одно – многозначных отношениях. Связь между ними осуществляются по уникальному ключу главного объекта КАФЕДРА – коду кафедры, который в подчиненном объекте ПРЕПОДАВАТЕЛЬ является описательным.

Таблица 1. Объекты справочной информации о студентах, группах и предметах

Таблица 2. Группировка реквизитов по информационным объектам документа Список преподавателей кафедры

В таблице приняты обозначения для ключа: П – простой, У – уникальный.

В каждой группе в течение семестра проводятся занятия по разным предметам (объект ИЗУЧЕНИЕ ). С другой стороны, каждое занятие определенно для каждой группы. Поэтому имеет место связь типа один – ко – многим между объектами ПРЕДМЕТ - ИЗУЧЕНИЕ .

По каждому предмету проводится множество занятий в различных группах разными преподавателями. С другой стороны, каждое занятие проводится по конкретному предмету, что определяет отношения типа один – ко – многим между объектами ПРЕДМЕТ - ИЗУЧЕНИЕ . Аналогично определяются отношения типа один – ко – многим между объектами ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – ИЗУЧЕНИЕ .
Объект ИЗУЧЕНИЕ фактически играет роль объекта связки в много – многозначных отношениях объектов.

Рис.4 Много – многозначные связи информационных объектов

Рис.5 Информационно – логическая модель предметной области Учебный процесс

Объект УСПЕВАЕМОСТЬ содержит данные об успеваемости (оценку) конкретного студента по конкретному занятию. Поэтому он является связанным с объектом СТУДЕНТ и объектом ИЗУЧЕНИЕ . Один студент имеет оценки по нескольким занятиям, но каждая оценка всегда относится к одному конкретному студенту. Это означает, объект УСПЕВАЕМОСТЬ является подчиненным и находится в одно – многозначных отношениях с объектом СТУДНТ . Объект УСПЕВАЕМОСТЬ , а также является подчиненным и находится в одно – многозначных отношениях с объектом ИЗУЧЕНИЕ. Объект УСПЕВАЕМОСТЬ выполняет роль объект – связки много – многозначных отношениях объектов СТУДЕНТ и ИЗУЧЕНИЕ . Много – многозначные отношения между этими объектами определяются тем, что одному студенту соответствует много занятий, отображаемых объектом ИЗУЧЕНИЕ , а одно занятие проводится со многими студентами.

В табл.3 перечислены все одно – многозначные связи между объектами, указаны ключи, по которым должны устанавливаться связи, и определены главные и подчиненные информационные объекты в этих связях.

Таблица 3 Связи информационных объектов

Информационно – логическая модель предметной области Учебный процесс

Информационно – логическая модель приведена в каноническом виде и объекты в ней размещены по уровням. Уровень остальных объектов определяется наиболее длинным путем к объекту от нулевого уровня. Такое размещение объектов дает представление об их иерархической подчиненности, делает модель более наглядной и облегчает понимание одно – многозначных отношений между объектами.

Логическая структура реляционной базы данных

Логическая структура реляционной базы данных Access является адекватным отображением полученной информационно – логической модели, не требующим дополнительных преобразований. Каждый информационный объект модели данных отображается соответствующей реляционной таблицей. Структура реляционной таблицы определяется реквизитным составом соответствующего информационного объекта, где каждый столбец (поле) соответствует одному из реквизитов объекта. Ключевые реквизиты объекта образуют уникальный ключ реляционной таблицы. Для каждого столбца задается тип, размер данных и другие свойства. Строки (записи) таблицы соответствуют экземплярам объекта и формируются при загрузке таблиц.

Связи между объектами модели данных реализуются одинаковыми реквизитами – ключами связи в соответствующих таблицах. При этом ключом связи всегда является уникальный ключ главной таблицы. Ключом связи в подчиненной таблице является либо некоторая часть уникального ключа в ней, либо поле, не входящее в состав первичного ключа (например, код кафедры в таблице ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ). Ключ связи в подчиненной таблице называется внешним ключом . В Access может быть создана схема данных , наглядно отображающая логическую структуру базы данных. Определение одно – многозначных связей в этой схеме должно осуществляться в соответствии с построенной моделью данных. Внешний вид схемы данных практически совпадает с графическим представлением информационно – логической модели. Для модели данных, построенной в рассмотренном примере, логическая структура базы данных в виде схемы данных Access приведена на рис.2.7.

На этой схеме прямоугольники отображают таблицы базы данных с полным списком их полей, а связи показывают, по каким полям осуществляется взаимосвязь таблиц. Имена ключевых полей находятся в левой части полного списка полей каждой таблицы.