Сущность (entity) или объект – то, о чем будет накапливаться информация в информационной системе (нечто такое, за чем пользователь хотел бы наблюдать).

Если в системе обрабатывается информация о факультетах, сущностью будет являяться факультет, если о студентах, сущность – студент и т.п.

Имя сущности при ER-моделировании, как правило, записывается заглавными буквами. Каждая сущность обладает определенным набором свойств (рассматриваем только свойства, представляющие интерес для пользователей в рамках проводимого исследования), которые запоминаются в информационной системе. Так, например, в качестве свойств сущности ФАКУЛЬТЕТ можно указать номер вакультета, название факультета, в качестве свойств сущности СТУДЕНТ можно указать фамилию, дату рождения, место рождения, в качестве свойств сущности ЭКЗАМЕН – предмет, дату проведения экзамена, экзаменаторов.

 

Для информационного описания сущности вводится понятие атрибута.

Атрибут – поименованное свойство (характеристика) сущности. Атрибут представляет собой информационное отображение свойства сущности и принимает конкретное значение из множества допустимых значений. Так, например, для сущности ФАКУЛЬТЕТ атрибут «название» у конкретного экземпляра сущности принимает конкретное значение «вычислительной математики и кибернетики». Таким образом, атрибут представляет информационное описание количественных или качественных свойств сущности, описывает состояние сущности, позволяет идентифицировать сущность. Информация о сущности представляется совокупностью атрибутов. Такую совокупность атрибутов часто называют записью об объекте.

 

Совокупность сущностей, характеризующихся в информационной системе одним и тем же перечнем свойств, называется классом сущностей (набором объектов). Так, например, совокупность всех сущностей СТУДЕНТ составляет класс сущностей СТУДЕНТ, совокупность всех сущностей ФАКУЛЬТЕТ составляет класс сущностей ФАКУЛЬТЕТ. Класс сущностей описывается перечнем свойств сущностей, составляющих этот класс.

Экземпляром сущности будем называть конкретную сущность (сущность с конкретными значениями соответствующих свойств). Выше мы определили сущность как то, о чем будет накапливаться информация в информационной системе. Это только одна сторона. Информация должна не просто храниться сама по себе, а использоваться для удовлетворения информационных потребностей пользователя. Для реализации подавляющего числа запросов пользователю прежде всего необходимо найти интересующий его экземпляр сущности (с целью обработки, корректировки, удаления). Поэтому важнейшим свойством сущности является однозначная идентификация ее экземпляров по одному или группе атрибутов (уникальному идентификатору). У сущности ФАКУЛЬТЕТ это, например, номер факультета, у сущности СТУДЕНТ это может быть атрибут «фамилия», если у всех студентов разные фамилии, группа атрибутов «фамилия», «»имя», «отчество», или специально введенный уникальный идентификатор, например дополнительно введенный атрибут «код студента».

Наиболее распрстраненным способом представления концептуальной модели является так называемая ER-диаграмма. В разных источниках используются разные системы обозначений в ER-диаграммах. На практике использование различных способов записи ER-диаграмм не представляет особой сложности – беглое ознакомление с соответствующим разделом документации позволяет быстро освоить используемую систему обозначений. В данном пособии в ER-диаграмме класс сущностей будем представлять в виде четырехугольника. В четырехугольнике записано уникальное имя класса сущности (прописными буквами) и имена атрибутов строчными буквами.

 

 

Пример класса сущностей СТУДЕНТ и конкретного экземпляра сущности показан на рис. 5.1.

[Ш2]

 

Рис. 5.1.. Класс сущностей и экземпляр сущности

 

 

Для реализации иформационных потребностей пользователя недостаточно найти интересующий его экземпляр сущности. Информационные потребности тесно связаны с функциональными взаимоотношениями, существующими в организации (например, необходимо определить, на каком факультете учится конкретный студент). Для реализации таких запросов (информационных потребностей пользователя) используются существующие в предметной области взаимоотношения между сущностями. Соответствующие взаимоотношения сущностей выражаются связями (Relationships). Различают классы связей и экземпляры связей. Классы связей – это взаимоотношения между классами сущностей, а экземпляры связи – взаимоотношения между экземплярами сущностей.

Класс связей может затрагивать несколько классов сущностей. Число классов сущностей, участвующих в связи, называется степенью связи n = 2, 3, … Так, например, класс сущностей СТУДЕНТ связан с классом сущностей ФАКУЛЬТЕТ связью «учится на факультете». Степень этой связи равна двум. При n =2 связь называется бинарной. Заметим, что связь нужно рассматривать как двустороннюю: «студент учится на факультете» и «на факультете учатся студенты».

Рассмотрим классификацию бинарных связей. В зависимости от того, сколько экземпляров сущности одного класса связаны со сколькими экземплярами сущности другого класса, различают следующие типы связей:

· Связь 1:1. Одиночный экземпляр сущности одного класса связан с одиночным экземпляром сущности другого класса. Примером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬ­ТЕТ и УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ ДЛЯ ФАКУЛЬТЕТА (каждому факультету соответствует свой учебный план по специальности или направлению).

· Связь 1: M. Единый экземпляр сущности одного класса связан со многими экземплярами сущности другого класса. Примером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СТУДЕНТ (на одном факультете учатся много студентов).

· Связь M: N. Несколько экземпляров сущности одного класса связаны с несколькими экземплярами сущности другого класса. При­мером является связь между классами сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СПЕЦИАЛЬНОСТЬ (на факультете может быть несколько специальностей и одна и таже специальность может быть на нескольких факультетах).

Числа, описывающие типы бинарных связей (1:1, 1: M, M: N), обозначают максимальное количество сущностей на каждой стороне связи. Эти числа называются максимальными кардинальными числами, а соответствующая пара чисел называется максимальной кардинальностью.

В данном пособии на ER-диаграммах связи между сущностями будем обозначать стрелками, рядом со стрелками указываем имя связи, а также тип связи. Пример ER-диаграммы, представлющего сущности СТУДЕНТ, ФАКУЛЬТЕТ, СПЕЦИАЛЬНОСТЬ и их взаимосвязи приводится на рис. 5.2.

Нпомним, что каждый экземпляр сущности должен уникально идентифицироваться (иметь уникальный идентификатор). Так как могут быть несколько студентов с одинаковой фамилией, введем дополнительный атрибут «код студента». У сущностей ФАКУЛЬТЕТ и СПЕЦИАЛЬНОСТЬ атрибут «номер» является уникальным идентификатором.

 

 

Рис.5.2.

 

пПример фрагмента ер ER-диаграммы.

 

Заметим, что по этой ER-диаграмме

можно указать последовательность действий, производимых при реализации запроса пользователей. Например, для реализации запроса «на каком факультете учится студент Иванов» необходимо выполнить следующие действия: найти среди экземпляров сущности СТУДЕНТ экземпляр с фамилией Иванов, перейти по связи «Студент учится на факультете» к экземпляру сущности ФАКУЛЬТЕТ, значение атрибута «Название» этого экземпляра и есть искомое название факультета. Отметим также, что иногда на ER-диаграммах две связи между сущностями изображают одной двухсторонней стрелкой или просто линией.

 

Заметим, что на приведенной ER-диаграмме не представлены какие-либо способы реализации этих связей (на логическом и, тем более, на физическом уровнях). Соответствующие способы реализации связей зависят от возможностей модели данных конкретной СУБД и будут рассмотрены в следующей лекции (лекция 6) на второй стадии концептуального проектирования при представлении концептуальной модели средствами модели данных СУБД.

 

5.2. Построение концептуальной модели в виде ER-диаграммы

5.2.1 Основные этапы построения

Как уже отмечалось, концептуальная модель представляет собой обобщение представлений разных пользователей о данных. В связи с этим построение концептуальной модели, как правило, происходит в два этапа. На первом этапе производится сбор и анализ характеристик данных и строятся так называемые модели локальных представлений (локальные модели). Чаще всего локальная модель отражает представление отдельного пользователя (отдельной функциональной задачи). Иногда такая модель может описывать и некоторую независимую область данных нескольких функциональных задач (нескольких приложений). Здесь необходимо отметить, что моделирование представлений отдельных пользователей приводит к снижению уровня интеграции данных, а моделирование совместных представлений группы пользователей – к повышению сложности проектирования. В связи с этим при выборе области данных для локального моделирования приходится выбирать компромиссное решение между вышеуказанными вариантами. 4.3. Выявление и моделирование сущностей
и связей

При разработке концептуальной модели, прежде всего, следует определить сущности. С этой целью нужно сделать следующее:

· необходимо понять, какая информация должна храниться и обрабатываться и можно ли это определить как сущность;

· присвоить этой сущности имя;

· выявить атрибуты сущности и присвоить им имя;

· определить уникальный идентификатор сущности.

Выявив сущности, необходимо определить, какие связи имеются между ними.

При определении связей (естественно, рассматриваем только те связи, которые имеют отношение к решаемым задачам обработки данных) необходимо учитывать следующее:

· то, как экземпляр одной сущности связан с экземпляром другой сущности;

· то, как должны быть установлены связи, чтобы была возможность ответа на все запросы пользователей (исходя из их информационных потребностей).

 

Далее необходимо присвоить связям имена и определить тип связей.

 

На втором этапе построенные локальные модели объединяются в обобщенную концептуальную модель.

 

5.2.2. Моделирование локальных представлений

Прежде всего, необходимо отметить, что построенная модель должна удовлетворять ряду требований:

· адекватно отражать представление пользователя о данных;

· давать возможность ответа на возможные запросы пользователя, причем делать это с минимальными затратами по количеству просматриваемых сущностей;

· представлять данные с минимальным дублированием.

Процесс построения модели, удовлетворяющей указанным требованиям, является творческим, и формализовать его, как правило, невозможно. Тем не менее можно указать некоторые способы порождения вариантов при моделировании. Выбор одного из таких вариантов на основе оценок объемов дублирования и числа просматриваемых объектов при ответах на запросы пользователей позволяет улучшить эксплуатационные характеристики проектируемой базы данных.

Вариативность моделирования обусловливается неоднозначностью выбора сущностей, атрибутов и связей. В одном варианте можно что-то взять за сущность, в другом варианте это же можно взять за атрибут (несколько атрибутов), в третьем варианте это можно определить как связь. Так, например, ранее мы определили сущеость ФАКУЛЬТЕТ с атрибутами «номер факультета», «название факультета». Введем сущность КАФЕДРА с атрибутами «номер кафедры», «название кафедры». Между этими сущностями есть связь «факультет состоит из кафедр». Возможен другой вариант, в котором вышеуказанная связь представляется через атрибуты сущности (у сущности ФАКУЛЬТЕТ введем дополнительные атрибуты, представляющие номера и названия вскх кафедр этого факультета).

После того как выбран рациональный вариант локальной модели, производится редактирование введенных наименований сущностей, атрибутов и связей. Здесь выполняются следующие действия:

· устраняются расплывчатые наименования (все наименования должны однозначно пониматься каждым пользователем);

· устраняются синонимы (различные наименования одного и того же понятия);

· устраняются омонимы (одно и то же наименование разных понятий).

 

Эти действия, вообще говоря, носят итерационный характер, т.к. после их выполнения вновь могут возникать и расплывчатые наименования, и синонимы, и омонимы.

5.2.3. Объединение локальных моделей

На этом этапе ранее построенные модели локальных представлений отдельных пользователей (или групп пользователей) объединяются в единую концептуальную модель. Объединение локальных моделей производится следующими путями:

· слияние идентичных элементов;

§· установление связей между наборами сущностей разных моделей;

· введение новых агрегированных элементов для представления связей между элементами разных моделей;

· обобщение различных подобных типов сущностей, позволяющее трактовать эти сущности как одну обобщенную сущность.

 

Рассмотрим каждый из этих путей.