База данных как модель предметной области

Понятие предметной области

Понятие предметной области является ключевым при рассмотрении базы данных как информационной системы. Интуитивный смысл этого понятия очевиден: предметная область – это некоторая сфера деятельности. Более точное определение, позволяющее сформулировать понятие модели предметной области, предполагает уточнение ряда других базовых понятий.

Данные. Некоторый факт, на котором основан вывод или любая другая интеллектуальная деятельность. Первичными компонентами данных являются цифры и символы или их кодированное представление в виде строки двоичных битов.

Семантика. Присвоение данным некоторых свойств, после чего они становятся полезными как для людей (в смысле принятия решений), так и для программ или процедур (при определении обоснованности использования). В дальнейшем слово смысл будем использовать как синоним “семантики”.

Элемент данных. Наименьшая семантически значимая поименованная единица данных, принимающая значение (фамилия, должность, цвет, зарплата).

Объект. То, о чем хранятся данные (служащий, станок, материал).

Атрибут. Характеристика (свойство) объекта.

Заметим, что смысл объекта (данного) определяется только совокупностью его атрибутов, представленных соответствующими элементами данных. В этом смысле можно сказать, что значение элемента данных является значением атрибута объекта. На рис.3. проиллюстрирована связь между введенными выше понятиями.

Самым простым способом отображения связи элементов данных с атрибутами и соответствующими значениями является их фиксация в виде последовательности на рис.4.

На рисунке форма представления указывает на тип значений соответствующего элемента (N – целое число, S – строка символов, B – коды логических констант True и False, D – дата).

Предметная область. Совокупность объектов реального мира, рассматриваемого в рамках определенного контекста (теории, сферы деятельности, модели и т.п.).

Замечание 1. В этом определении понятие объекта трактуется достаточно широко: в качестве объектов предметной области могут рассматриваться предметы, явления, процессы. Действительно, пусть, например, требуется хранить сведения о товарах, поступивших на склад, то есть, о материальных (физических) объектах типа ТОВАР. Скорее всего, в состав базы данных необходимо будет включить и информацию о заказах на поставку товаров на склад, хотя ЗАКАЗ суть не физический объект, а процесс с атрибутами, включающими название поставляемого товара, его количество, название поставщика, срок поставки и т.д.

Объект Данные

 

 

Рис. 3. Базовые понятия предметной области

 

 

Рис.4. Связь атрибутов с элементами данных и их значениями

 

Замечание 2. Указание среди атрибутов объекта ЗАКАЗ названия товара, являющегося, очевидно, атрибутом объекта ТОВАР, тем самым определяет, что в данной предметной области (на складе), существует связь между искомыми объектами. Таким образом, объекты реального мира имеют друг с другом множество сложных связей и зависимостей, которые необходимо учитывать в информационной деятельности.

Замечание 3. Реальный мир бесконечен; в любой предметной области можно выделить бесконечное множество объектов с бесконечным количеством свойств у каждого из них и бесконечное количество связей между объектами. Очевидно, что полное и исчерпывающее описание предметной области в БД практически невозможно. Однако для решения возникающих в практической деятельности задач (проблем) полное информационное описание предметной области и не требуется. Поскольку любая решаемая задача связана с достижением некоторой цели, из предметной области всегда можно выделить лишь ограниченную совокупность (подмножество) взаимосвязанных объектов с определенными свойствами, поведение которой существенно для решения задачи. Ясно, что такие ограниченные подмножества связаны с каждой задачей, решаемой в рамках конкретной предметной области.

Определение 2. БД – это структурная совокупность данных, отображающих свойства актуальных объектов внешнего мира (рассматриваемых с определенной точки зрения).

Или, что то же

Определение 3. База данных - это совокупность описаний объектов реального мира и связей между ними, актуальных для конкретной прикладной области.

Другими словами, база данных - это некоторый набор данных, отображающий актуальные (необходимые для решения задач) данные и актуальные (значимые) связи.

 

Понятие системы

Дадим еще несколько определений, уточняющих отдельные понятия, уже встречавшиеся ранее.

Проблема. Объективно возникающий в деятельности человека вопрос или комплекс вопросов, решение которых представляет теоретический или практический интерес.

Проблемная ситуация. Ситуация, которая не может быть разрешена имеющимися средствами.

Цель. Некоторое состояние, к которому движется (или должна двигаться) совокупность взаимосвязанных объектов. Очевидно, что цель возникает при наличии проблемной ситуации.

Замечание. Состояние совокупности взаимосвязанных объектов предметной области в каждый момент времени определяется совокупностью значений атрибутов объектов и характеристик связей. Изменились значения (характеристики связей) - изменилось состояние.

Проблемная среда (область). Взаимосвязанная совокупность описаний решаемых задач в рамках определенной информационной системы.

Система. Под системой будем понимать множество объектов и отношений (связей) между ними, выделенное из предметной области в соответствии с определенной целью в рамках определенного временного интервала.

В этом определении отметим два важных момента.

1. Создание системы возможно только при наличии поставленной цели. В этом смысле всегда актуален лозунг “Нет системы без проблемы!”. Другими словами, без четкого и полного осмысления проблемной области нельзя начинать разработку информационной системы. Упомянутый принцип можно проиллюстрировать следующей схемой:

 

 

Эту схему можно интерпретировать следующим образом: возникшая проблемная ситуация определяет постановку целей, под влиянием которых из элементов предметной области формируется система. Использование (изучение) системы позволяет достичь поставленные цели и разрешить проблемную ситуацию. Например:

Проблемная ситуация – сложность процесса управления производством.

Цель – автоматизация процесса управления.

Система – база данных.

2. Система является совокупностью взаимосвязанных объектов. Рассмотрим два примера.

 

Пример 1.

 

 

Пример 2.

 

 

На диаграммах примеров изображены две совокупности объектов, один из которых соответствует множеству служащих, а второй – зарплат.

Замечание. Такие совокупности объектов носят название «тип объекта». Отдельные элементы этих множеств называются экземплярами соответствующих типов объектов. Ясно, что все экземпляры одного типа (однотипные объекты) характеризуются одинаковым набором атрибутов (свойств). Таким образом, встречая термин объект, необходимо точно представлять себе, идет речь о типах объектов или отдельных экземплярах. В теории баз данных используется эквивалентное объекту (типу объекта, экземпляру типа объекта) понятие записи (типа записи, экземпляра типа записи).

Очевидно, что, рассматривая совокупность несвязанных объектов Примера 1., относящихся к типам СЛУЖАЩИЙ и ЗАРПЛАТА, мы не можем определить величину зарплаты конкретных служащих и, соответственно, решить вопрос о ее (зарплате) достаточности или необходимости увеличения. Таким образом, данные могут быть поняты (осознаны) только в том случае, если между ними установлена связь; именно взаимосвязанные данные несут определенную информацию.

Согласно [1], выделим следующие группы свойств, характеризующих систему как объект исследования:

Статические свойства:

· Целостность. Позволяет отделить систему от окружающей среды.

· Открытост ь. Связь со средой. Наличие у системы входов (поступление информации из среды) и выходов (выдача результирующей информации в среду).

· Внутренняя неоднородность. Позволяет выделить в системе ее составные части.

· Структурированность. Наличие связей между частями системы.

Динамические свойства:

· Функциональность. Функции – это процессы, происходящие на выходах системы; результаты ее деятельности; продукция, ею производимая.

· Стимулируемост ь. Подверженность системы воздействиям извне и изменение ее поведения под этими воздействиями.

· Изменчивость со временем. Возможность изменения состава элементов, самих элементов, связей.

· Устойчивость. Существование в изменяющейся среде. Сохранение работоспособности системы при изменениях в предметной области.

Синтетические свойства:

· Эмерджентность (emergence – внезапное появление). Появление свойств системы как целого, отсутствующих у отдельных частей системы.

· Неразделимость на части. Следствие эмерджентности. Исчезновение некоторых свойств системы при выполнении операции ее декомпозиции.

· Ингерентность (inherent – являющийся неотъемлемой частью чего-то). Согласованность с окружающей средой, совместимость с ней.

· Целесообразность. Подчиненность определенной цели.