Проектирование концептуальной инфологической модели.

Концептуальные инфологические модели (КИМ) сроятся на основе результатов анализа предметной области (ПО). При разработке КИМ используются различные инструменты(методологии):

1. графовые модели.

2. семантические сети.

3. модели «сущность-связь»(E-R-модели).

Третий вариант оказался более эффективным. E-R-модели – это неформальные модели ПО, которые позволяют отображать объекты ПО, а так же взаимодействие между объектами ПО. Относительная простота этого типа моделей позволяет использовать их и для сбора информации о ПО, и для общения с будущими пользователями и как инструмент для проектировки БД.

Основное назначение КИМ – в виде E-R-модели – это смысловое(семантическое) описание ПО и представления информации о ПО в таком виде, который позволяет обосновано выбрать вид датологической модели, а так же структуру данных, используемых в АИС.

Положительным качеством E-R-модели является то, что на их основе создается такое формализованное описание ПО, которое в дальнейшем позволяет разработать ПО АИС с использованием средств автоматизационного проектирования(case – средств).

CASE-средства представляют собой программные средства, поддерживающие процесс создания и/или сопровождения АИС на этапах:

1. анализа и формировки требований с системе.

2. проектирования БД и приложений.

3. генерации кода.

4. тестирование и т.д.

При составлении E-R-модели используются 3 основных элемента, с помощью которых отображается ПО:

- сущность (объект),

- атрибуты (свойства),

- связи (взаимодействие).

При построении E-R-модели временная составляющая в составе конструктивных элементов в явном виде отсутствует. Однако время наступления тех или иных событий в ПО может быть определено в моделях «сущность-связь» путем введения актуальных атрибутов(например, дата рождения, даты поступления в ВУЗ и т.д.).

Сущность — собирательное понятие, или абстракция реально существующего объекта, процесса или явления, о котором надо хранить информацию в АИС.

Необходимо различать понятия: тип сущности и экземпляр сущности.

Тип сущности определяет класс (набор) однотипных объектов, а экземпляр сущности — конкретный объект из данного набора.

Пример

 

Атрибут — поименованная характеристика сущности, которая принимает значения из некоторого множества значений. В E-R-моделях атрибут выступает в качестве средства, с помощью которого моделируется свойства сущностей.

Необходимо различать понятия: тип атрибута и экземпляр атрибута.

Тип атрибута определяет класс(набор) однородных значений атрибута,

Экземпляр атрибута определяет конкретное значение атрибута из множества допустимых значений.

Например, для сущности Город: тип атрибута – численность населения города, экземпляр атрибута – численность населения города Новочеркасск 200 тыс. чел.

Чтобы задать атрибут сущности в модели следует:

1. присвоить ему наименование,

2. привести смысловое описание атрибута,

3. определить множество его допустимых значений.

Сущности могут иметь информационные атрибуты и идентификационные атрибуты(ключи).

Идентификационный атрибут называется ключевым и он должен обозначать однозначное нахождение экземпляра сущности, т.е. ключ должен быть уникальным.

 

ФИО	Номер зачетки	Оценка

Ключ может быть составным, т.е. конструироваться из нескольких атрибутов.

Абсолютных отличий между типами сущностей и атрибутов нет, т.е. для одной ПО набор сущностей и типов атрибутов может отличаться в зависимости от того, кто проектирует или разрабатывает КИМ, ресурсов, предоставляемых для проектирования и т.д.

Пример. Сущность «автомобиль», марка двигателя является атрибутом в рамках АИС головного предприятия сбора. Для завода, выпускающего двери, тип двигателя является сущностью со своим набором атрибутов.

Связь — средство моделирования данных о ПО, с помощью которого отображается взаимное влияние сущностей друг на друга. Для отображения связей так же могут использоваться атрибуты.

Необходимо различать понятия: тип связи и экземпляр связи. Понятие 'тип связи' используется для отражения связи или взаимного влияния между типами связи. Экземпляр связи рассматриваемого типа существует между конкретными экземплярами рассмотренного типа сущности.

При построении E-R диаграмм сущности изображаются в виде прямоугольников, атрибуты — в виде овалов, а связи — в виде ромбом или шестиугольников(рис. 3.3.1).

Рис. 3.3.1.

C целью повышения наглядности и удобства проектирования для представления:1) Сущностей, 2) Экземпляров сущностей и 3) Связей между ними используются следующие графические средства:

-диаграммы ER-экземпляров (Д-ER-Э)

-диаграммы ER-типа(основная) (Д-ER-T)

Пример: диаграммы ER-экземпляров для сущностей “Преподаватель” и “дисциплина ” со связью “ВЕДЁТ”:

 

Рис. 3.3.2.Диаграмма ER-экземпляров.

 

Д-ER-Э -показывает, какую конкретно дисциплину (БД, ТАУ и т.д.) ведёт каждый преподаватель.

Пример: диаграмма ER-типа (D-ER-T) представлена на рис.3.3.3. Она соответствует рассмотренной диаграмме ER-экземпляров (рис.3.3.2).

Рис. 3.3.3 Диаграмма ER-типа.

 

На начальном этапе проектирования БД выделяются атрибуты, составляющие ключи из сущностей.

На основе анализа Д-ER-T формируются отношения проектируемой БД. При этом учитывается: 1)Степень (тип) связи сущностей (ССС); 2) Класс их принадлежности (КП).Эти параметры ССС и КП в свою очередь определяются на основе анализа диаграммы ER-экземпляров, соответствующих сущностей. ССС является характеристикой связи между сущностями, которая может быть типа: 1:1,1:M, N:M (уже обсуждалось)

КП сущности может быть: обязательным и необязательным.

КП сущности является обязательным, если все экземпляры этой сущности обязательно участвуют в рассматриваемой связи, в противном случае КП является необязательным.

Варьируя КП для каждых из названных типов связи, можно получить несколько вариантов диаграмм ER-типа.

Пример1. Связь типа 1:1 и необязательный КП.

В приведённой на рис. 3.3.6 Д-ER-Э ССС 1:1, а КП обеих сущностей – Н.О. Действительно из рис.3.3.6 видно следующее:

1. Каждый преподаватель ведёт на более 1-ой дисциплины, а каждая дисциплина ведётся не более чем 1-им преподавателем (ССС 1:1).

2. Некоторые преподаватели не ведут ни одной дисциплины и имеются дисциплины, которые не ведёт ни один преподаватель (т.е. КП-необязательный).

Пример2. Связь типа 1:1 и обязательный КП.

На рис.3.3.4 приведены диаграммы, у которых СС между сущностями 1:1, а КП обеих сущностей обязательный.

а) Д-ER -экземпляров

б) Д-ER -типа

Рис. 3.3.4. Диаграмма для связи 1:1 и обязательным КП обеих сущностей.

 

Возможны два промежуточных вариантов с необязательным классом принадлежности одной из сущности Н-О и О-Н >>

Замечания

1.На диаграмме-ER-T обязательное участие в связи экземпляров сущности отмечается блоком с точкой внутри, смежным с блоком этой сущности (рис. 3.3.4 б))

2. При необязательном участии экземпляров сущности в связи дополнительный блок к блоку сущности не пристраивается, а точка размещается на линии связи (рис.3.3.3).

3. Символы на линии связи указывают на степень связи сущностей (ССС).

4. Под каждым блоком (прямоугольником), соответствующим некоторой сущности, может указываться её первичный ключ.

<< Многоточие за ключевыми атрибутами означает, что возможны другие атрибуты сущности, но ни один из них не может быть частью ключа.>>

Пример: Связи типа 1:M.

Каждый преподаватель может вести несколько дисциплин или не одной, но каждая дисциплина ведётся одним преподавателем (рис. 3.3.5).

Эти связи могут иметь ряд вариантов, отличающихся классом принадлежности одной или обеих сущностей. Обозначим обязательный класс принадлежности (КП) символом “O”, а необязательный символом “Н”. Тогда варианты для связи 1:M условно можно представить как: O-O, O-H, Н-О, Н-Н.На рис. 3.3.5 приведёны диаграммы с вариантом связи Н-О.

а) Д-ER-экземпляров

б) ER-типов

Рис.3.3.5 Диаграммы для связи типа 1:M варианта Н-О

 

Создание локальных концептуальных инфалогических моделей(моделирование локальных представлений) - ЛКИМД(ЛКМД).

 

Обычно при построении концептуальных инфологических моделей (КИМ) ПО осуществляется декомпозиция всей ПО на какие-то фрагменты (локальные представления (ЛП). Каждый фрагмент (локальные представления) моделируется отдельно и создаются локальные концептуальные модели данных СЛКМД)(Рис. 3.3.2.1.)

Рис. 3.3.2.1. Условные отображения фрагментации ПО при создании КИМ.

 

При моделировании фрагментов ПО используются те же конструктивные элементы: сущность, связь, атрибут и т.д., и при этом должны быть учтены следующие требования:

1. Набор атрибутов идентифицирующих сущности должен однозначно определять экземпляр сущности.

2.Должна отсутствовать ситуация, когда некоторые из идентифицирующих атрибутов являются неопределёнными (даже временно).

Выбор фрагментов (локальных представлений) зависит:

-Во-первых, от характера и масштаба ПО;

-Во-вторых, желательно чтобы каждое ЛПР соответствовало либо представлениям отдельных типов пользователей, либо отдельным функциям.Рекомендуется, чтобы каждое ЛПР включало не более 6-7 сущностей.

Для каждого ЛПР (каждой ЛКМД) необходимо:

-сформировать (выделить) набор сущностей требуемых для объективного описания этого фрагмента ПО и атрибуты этих сущностей;

- сформировать (выделить) основные связи между выбранными сущностями;

-построить диаграммы ER-типа, снабдив их соответствующими пояснениями и, желательно, диаграммами ER-экземпляров.

Выбор локального представления (фрагмента ПО) зависит от характера и масштаба ПО, однако в любом случае желательно, чтобы каждая ЛКМД соответствовала либо отдельной функции, либо отдельному типу пользователя. Рекомендуется, чтобы в каждой ЛКМД было не более 6-7 сущностей. Для каждого локального представления(ЛКМД) необходимо сформировать набор сущностей, требуемых для объективного описания этой области(этого фрагмента ПО), а также выявить и сформировать основные связи между выбранными сущностями.

Примеры построения ЛКМД.

1. Построить ЛКМД для реализации функции назначения стипендии в рамках АИС Университета. В качестве выбранных сущностей(рис. 3.3.2.1.):

1) студенты группы (контингент) – ФИО, номер группы, форма обучения.

2) Успеваемость студентов группы (сводная ведомость) – ФИО, оценка по П1, оценка по П2…

3) Стипендия (стипендиальный протокол) – ФИО, тип успеваемости(о, о-х, с х, у, н), размер стипендии.

Рис. 3.3.2.2.

 

2. В качестве примера ЛКМД, рассмотрим сущности и их взаимосвязь для учебного процесса (для АИС университета или факультета). Первая фаза концептуального

- выделение сущностей и связей.

В качестве сущностей можно выделить:

-преподаватель (ключ-номер преподавателя, ФИО …);

-занятие(ключ-группа, предмет …);

-стаж (ключ-стаж в годах….);

-должность (ключ- должность);

В качестве связей можно выделить:

-преподаватель ИМЕЕТ стаж;

- преподаватель ВЕДЁТ занятие;

- преподаватель ЗАНИМАЕТ должность;

Вторая фаза - построение диаграммы ER-типа.

Рис.3.3.2.3. Диаграмма ER-типа.

 

Диаграммы ER-типа для рассматриваемого примера приведена на рис. 3.3.2.3.

1. Связь ИМЕЕТ является связью типа М:1, т.к. одинаковый стаж могут иметь несколько преподавателей. Сущность “Преподаватель” имеет обязательный КП, поскольку каждый преподаватель имеет свой стаж.Сущность “Стаж” имеет необязательный КП, т.к. возможны такие значения стажа, которые не имеет не один из преподавателей.

2. Связь ВЕДЁТ имеет тип М:М, т.к. при условии что, преподаватель может вести несколько занятий, а каждое занятие может проводится несколькими преподавателями, т.е. занятие может быть лекционным, практическим, лабораторным, проводимым преподавателем в учебной группе по одной из дисциплин.

Обе сущности в данной связи имеют КП обязательный, в предположении, 1)что нет преподавателей, которые не проводят занятий, и 2)нет занятий, которые не обеспечены преподавателями.

3. Связь “Занимает” имеет тип М:1, т.к. каждый преподаватель занимает определённую должность и одинаковые должности могут занимать несколько преподавателей. Сущность “Преподаватель” имеет обязательный КП, т.к каждый преподаватель занимает какую-либо должность. Сущность “Должность” имеет необязательный КП, т.к. не исключено, что на кафедре, например, отсутствует должность профессора (например, на кафедре физвоспитания).

В конкретных проектах целесообразно диаграммы ER-типа дополнять диаграммами ER-Э.