Метод автоматизированного синтеза объектно-реляционной базы данных АСУП тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Копейкин, Александр Михайлович

• Копейкин, Александр Михайлович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Копейкин, Александр Михайлович

Оглавление.

Введение.

Глава 1. Анализ текущего состояния представления моделей данных.

1.1. Назначение и критерии моделей.

1.2. Уровни моделирования базы данных.

1.3. Модели данных концептуального уровня.

1.4. Реляционная модель данных.

1.5. Эквивалентность реляционных схем.

1.6. Методы автоматизации проектирования реляционных схем.

1.7. Ограничения реляционной модели.

1.8. Выводы и основные результаты главы. Критерии к объектно-реляционной модели представления данных.

Глава 2. Логический уровень объектно-реляционных баз данных.

2.1. Мифологический уровень.

2.2. Проектирование инфологической схемы. ER-модель.

2.3. Концептуальный уровень.

2.4. Объектно-реляционная модель.

2.5. Связь объектно-реляционной и реляционной модели.

2.6. Выводы и основные результаты главы.

Глава 3. Автоматизация проектирования логического уровня объектно-реляционной базы данных.

3.1. Критерии построения моделей логического уровня.

3.2. Базис для структуры объектно-реляционной модели.

3.3. Формальная постановка задачи выбора конфигурации объектно-реляционной модели.

3.4. Метод автоматизации проектирования объектно-реляционной модели базы данных.

3.5. Пример выбора конфигурации модели.

3.6. Оценка сложности метода.

3.7. Выводы и основные результаты главы.

Глава 4. Экспериментальная проверка предлагаемого метода.

4.1. Описание концептуального уровня инструментальной среды.

4.2. Проектирования реляционной и объектно-реляционной моделей в условиях изменяющейся предметной области.

4.2.1. Предметная область «Химические установки».

4.2.2. Предметная область «Поставка деталей».

4.3. Выводы и основные результаты главы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод автоматизированного синтеза объектно-реляционной базы данных АСУП»

Повсеместное использование баз данных в автоматизированных системах управления предприятиями (АСУП), выдвигает на первый план вопросы их эффективногоиспользования.

Среди задач возникающих при проектировании и сопровождении баз данных (БД) всегда актуальны вопросы, связанные с автоматизацией методов и средств разработки моделей информационного представления бизнес-процессов в проектируемой системе, или, в общем виде - моделей данных описывающих предметную область.

В данной работе основное внимание уделено вопросам, связанным с автоматизацией отображением информации в концептуальных моделях данных БД, т.к. экономические показатели разрабатываемых и эксплуатируемых АСУП, и эффективность их функционирования, существенно зависят от организации информационного фонда, который в свою очередь регламентируется используемой в БД концептуальной моделью данных.

Доминирующие в настоящее время промышленные базы данных и системы управления базами данных, такие как: Oracle, MSSQL Server, Db2, Informix, SyBase, и т.д., базируются на реляционной модели представления данных.

Исследования проводимые в области теории и практики использования реляционных баз данных, зарубежными и отечественными учеными показали, что при проектировании и эксплуатации таких систем возникают противоречия, связанные с обеспечением логической независимости данных, в условиях изменяющейся предметной области, которые вызваны непосредственно ограничениями реляционной модели с отсутствием минимальной избыточности данных в таких моделях.

Существующая потребность в использовании методов автоматизированного синтеза моделей БД в развивающихся АСУП, адекватно отражающих происходящие изменения в предметной области, и неэффективность использования для этих целей реляционного подхода представления данных, определяют актуальность темы диссертации.

Приведенные утверждения позволили сформулировать цель диссертационной работы: создание методов и средств автоматизации проектирования моделей баз данных, учитывающих семантические ограничения предметной области в условиях ее динамического развития и увеличивающих жизненный цикл информационного и программного обеспечения АСУП.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Копейкин, Александр Михайлович

4.3. Выводы и основные результаты главы

В четвертой главе проведена экспериментальная проверка предложенного метода синтеза на конкретных фрагментах предметной области, и дано описание способа реализации логического уровня разработанной инструментальной среды, использующей предложенный подход к моделированию БД. Указаны разработанные программные средства, позволяющие получать визуальные отображения концептуальных моделей для разработанного подхода в различных предметных областях.

Установлено, что предлагаемый метод синтеза позволяет получить конфигурацию модели с минимальной информационной избыточностью по сравнению с существующими методами проектирования реляционных баз данных. Показано, что помимо обеспечения семантической целостности, предлагаемый подход позволяет получить более информативное и естественное отображение ситуаций предметной области в предлагаемой модели.

На конкретных фрагментах предметной области построена модель и практически показаны преимущества разработанной модели по сравнению с традиционной реляционной моделью в условиях изменяемых семантических ограничений предметной области, что подтверждает правильность теоретических выводов диссертации и позволяет увеличить жизненный цикл существующего или разрабатываемого информационного обеспечения, т.е. достигнута одна из поставленных задач проводимого исследования.

Заключение

Подводя итоги, можно выделить следующие основные результаты:

1. Установлено, что существующие методы проектирования реляционных моделей баз данных, основанные на выделении структур функциональных и многозначных зависимостей, не в состоянии учитывать все многообразие смысловых ограничений предметной области, и показано , что реляционные модели являются статичными, что при изменении ограничений предметной области может приводить к потере логической независимости и в некоторых случаях требовать полного перепроектирования модели.

2. Сформулированы и обоснованы критерии построения рациональной конфигурации объектно-реляционной модели.

3. Предложена и обоснована объектно-реляционная модель, основанная на представлении предметной области в виде изменяемой гиперграфовой структуры. Формальной основой такой модели является теория фреймов и теория нечетких множеств, что позволяет создавать модели, свободные от недостатков традиционной реляционной модели. Выделенные для сохранения объекты и связи модели связываются с помощью специальных элементов - уникальных идентификаторов, что позволяет поддерживать между ними любые типы ограничений.

4. Показана связь между предлагаемым подходом к проектированию объектно-реляционных моделей баз данных и традиционным реляционным подходом.

5. Разработан метод автоматизированного синтеза объектно-реляционных баз данных по критерию минимальной избыточности хранимых данных. Предложенный метод синтеза основан на формировании достаточного набора высказываний о предметной области с последующем формированием на основе этих высказываний гиперграфа с минимальным суммарным весом выделенных ребер гиперграфа и соответствующим образом заданных предикатов. Предложенная методология проектирования моделей данных может быть использована для автоматизации ряда задач связанных с перепроектированием существующих реляционных баз данных, и может являться основой для интеграции разнородных баз данных.

6. Проведена экспериментальная оценка предпочтительности использования объектно-реляционных и реляционных моделей, созданных для одинаковых предметных областей в условиях изменяющейся предметной области.

7. Разработан программный комплекс, позволяющий автоматизировать основные этапы проектирования концептуальной модели базы данных на основе объектно-реляционного подхода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Копейкин, Александр Михайлович, 2009 год

1. Калиниченко, ji. А. Методы и средства интеграции неоднородных баз данных. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. - 424 с.

2. Диалоговые системы в АСУ/ Под ред. Поспелова Д. А. М.: Энерго-атомиздат, 1983. - 208 с.

3. Ковальски, Р. Логика в решении проблем: пер. с англ.. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 280 с.

4. Мамаев, Е. MS SQL Server 2000. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 1280 с.

5. Дженнигс, Р. Использование Microsoft Access 2003: пер. с англ.. М.: Вильяме, 2005. - 1312 с.

6. Кайт, Т. Oracle для профессионалов в 2 —х кн.: пер. с англ.. СПБ.: ООО ДиаСофтЮП, 2005.

7. ANSI/X3/SPARC DBMS Group. Interim Report, FDT Bulletin of ACM-SIGMOD, 1975, vol. 7 №2, pp. 1-140

8. Крепке, Д. Теория и практика построения баз данных. 9-е изд. - СПб.: Питер, 2005.-859 с.

9. Конноли, Т. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. 3-е изд. - М.: ИД Вильяме, 2003. - 1453 с.

10. Дейт, К. Введение в системы баз данных. 8-е изд. - М.: ИД «Вильяме», 2006.- 1328 с.

11. И.Мейер, М. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987. - 608 с.

12. Цаленко, М. Ш. Моделирование семантики в базах данных. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 288 с.

13. Дрибас, В. П. Реляционные модели баз данных. Мн.: Изд-во БГУ им. В.И. Ленина, 1982,- 192 с.

14. Копейкин, А. М. Ограничения реляционной модели данных. / Сб. трудов 4 межд. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2007. - с. 59-61.

15. Воронин, Г. П. Проектирование объектно-реляционных баз данных / Г.П. Воронин, М.В. Копейкин, Л.Г. Осмоловский, О.А. Петухов. Л.: Судостроение, 1986. — 179 с.

16. Тиори, Т. Проектирование структур баз данных / Т. Тиори, Дж. Фрай. -В 2-х кн. Кн. 1.-М.: Мир, 1985.-287с.

17. Sundgren, В. Theory of Data Bases. Petrocelli / Charter, New York, 1975.

18. Цикритизис, Д. Модели данных / Д. Цикритизис, Ф. Лоховски М.: Финансы и статистика, 1985. — 344 с.

19. Бойко, В. В. Проектирование информационной базы автоматизированной системы на основе СУБД / В. В. Бойко, В. М. Савинков. М.: Финансы и статистика, 1982. - 174 с.

20. Клыков, Ю. И. Банки данных для принятия решений / Ю. И. Клыков, Л. Н. Горьков. М.: Сов. Радио, 1980. - 208 с.

21. Любарский, Ю. Я. Интеллектуальные информационные системы. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 232 с.24.0ре, О. Теория графов. 2-е изд. - М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1980.-336 с.

22. ISO (1989). Database Language SQL (ISO 9075:1989 (E)). International Organization for Standardization

23. Fleming, C. Handbook of Relational Database Design. Boston, MA: Addi-son-Wesley, 1989.

24. Копейкин, М. В. Правила синтеза объектно-реляционных моделей. / М. В. Копейкин, В. В. Спиридонов, Е. О. Шумова // В сборн. науч. труд. -СПБ: СЗТУ, 2005. с. 181-187.

25. Копейкин, М. В. Базы данных. Инфологические модели баз данных: уч. пособие / М. В. Копейкин, В. В. Спиридонов, Е. О. Шумова. СПб.: СЗТУ, 2004.- 187 с.

26. Гарсия-Молина, Г. Системы баз данных. Полный курс / Г. Гарсия-Молина, Д. Ульман, Д. Уидом. М.: ИД Вильяме, 2004. - 1088 с.

27. Minsky, М. A framewok for representing knowledge / Marvin Minsky // Massachusetts Institute of technology, Cambrige, 1974.

28. Кузнецов, С. Д. Базы данных: языки и модели: учебник. М.: ООО «Бином-Пресс», 2008. - 720 с.

29. Николаев, В. И. Системотехника: методы и приложения / В. И. Николаев, В. М. Брук. JL: Машиностроение, 1985. - 199 с.

30. Мартин, Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М: Мир, 1980.-662 с

31. Кандрашина, Е. Ю. Представление знаний о времени и пространстве в интеллектуальных системах / Е. Ю. Кандрашина, JI. В. Литвинцева Д. А. Поспелов; под ред. Д.А Поспелова. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.-328 с.

32. Харари, Ф. Теория графов: пер. с англ.. 3-е изд., стереотипное. - М.: КомКнига , 2006. - 296с.

33. Ахо, А. Структуры данных и алгоритмы: пер. с англ.. / А. Ахо, Д. Хоп-крофт, Д. Ульман. М.: ИД "Вильяме", 2007. - 400 с.

34. Черч, А. Введение в математическую логику. В 2-х т. пер. с англ. М.: Издательство иностранной литературы, 1960.

35. ISO/IEC 9075:1992, Database Language SQL. International Organization for Standardization.

36. Преснякова, Г.В. Проектирование интегрированных реляционных баз данных. М.: КДУ; СПб.: Петроглиф, 2007. - 224 с.

37. Шумова, Е. О. Основные концепции фреймового подхода в объектно-реляционных базах данных / Е. О. Шумова, А. М. Копейкин // В сборн. науч-техн. ведомости СПбГПУ. СПб.: СПбГПУ, 2007. - №4-2 (52), с 18-22.

38. Копейкин, А. М. Методы построения концептуальных моделей баз данных / Труды учебных заведений связи. СПБ.: СПБГУТ, 2007. - №176, с. 166-178.

39. Буч, Г. Язык UML. Руководство пользователя / Г. Буч, Д. Рамбо, И. Якобсон. М.: ДМК пресс. - 2007. - 496 с.

40. Мирошниченко, Г. А. Реляционные базы данных: практические приемы оптимальных решений. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 400 с.

41. Роберт Дж., Мюллер. Базы данных и UML. Проектирование. М.: Лори.-2002. - 420 с.

42. Копейкин, А. М. Базовые концепции модели данных в системе управления базами данных ORD / Матер. 59 науч.-техн. конф. СПб: ГОУВПО СПБГУТ, 2007. - с. 69-70

43. Рейнгольд, Э. Комбинаторные алгоритмы / Э. Рейнгольд, Ю. Нивергельт, Н. Део М.: Мир . - 1980. - 476 с.

44. Кормен, Т. Алгоритмы: Построение и анализ, 2-е издание: пер. с англ. / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Ривест, К. Штайн. М.: ИД Вильяме, 2007. -1296 с.

45. Советов, Б. Я. Базы данных. Теория и практика / Б. Я. Советов, В. В. Це-хановский, В. Д. Чертовский. М.: Высшая школа. - 2005. - 464 с.

46. Кокорева; JT. В. Проектирование банков данных / JI. В. Кокорева, И. И. Малашенин. М.: Наука. - 1984. 256 с.

47. Sundgren, В. An infological approach to data bases. Stockholm: National Central Bureau of Statistics. 1973. - 294 p.

48. Мальцев, А. И. Алгебраические системы. M.: Наука.- 1970. - 392 с.

49. Глушков В. М. Алгебра. Языки программирования / В. М. Глушков, Г. Е. Цейтлин, Е. JL Ющенко // 2-е изд. Киев.: Наукова Думка. - 1978. - 318 с.

50. Маклаков, С. В. BPW1N и ERWIN. Case средства разработки информационных систем. - 2-е изд. - М.: Диалог —Мифи . -2001. - 304 с.

51. Дейт, К. Руководство по реляционной системе DB2. М.: Финансы и статистика. 1988. - 320 с.

52. Фути, К. Языки программирования и схемотехники СБИС / К. Фути, Н. Судзуки. М.: Мир. - 1988. - 224 с.

53. Грей, П. Логика, алгебра и базы данных. М.: Машиностроение. - 1988. -359 с.

54. Шаша, Д. Оптимизация баз данных / Д. Шаша, Ф. Бонне. М.: Кудиц-образ. - 2004. - 432 с.бО.Олле, Т. В. Предложения КОДАСИЛ по управлению базами данных. -М.: Финансы и статистика . 1981. - 286 с.

55. Бурбаки, Н. Теория множеств. М.: Мир. - 1965. - 366 с.

56. Кофман, А. Введение в теорию нечетких множеств. — М.: Радио и связь. 1982.-432 с.

57. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Поспелова Д. А. М.: Наука. - 1986. - 311 с.

58. Пиотровский, Р. Г. Методы автоматического анализа и синтеза текста / Р. Г. Пиотровский, В. Н. Билан, М. Н. Боркун, А. К. Бобков. Мн.: Выш. Шк. - 1985. - 222 с.

59. Вольфенгаген, В.Э. Реляционные методы проектирования банков данных / В. Э. Вольфенгаген, Л. Т. Кузин, В. И. Саркисян. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1979. - 192 с.

60. Материалы сайта www.ord.com.ru

61. Неклюдова, Е.А. Синтез логической схемы реляционных баз данных / Е. А. Неклюдова, М. Ш. Цаленко // Программирование. 1979. No 6. - с. 58 -68.

62. Малыхина, М.П. Базы данных: основы, проектирование, использование. СПБ.: БХВ-Петербург. - 2007. - 528 с.

63. Delobel, С. Decomposition of a data base and the theory of Boolean switching functions / C. Delobel, R. G. Caseyr // IBM J. Res. And Dev., 1973. -V.17, No 5. -pp. 374-386.

64. Bernstein, P. A. Synthesizing third normal form relations from functional dependencies / ASM Trans. On Data base Syst., 1976. - V.l. - No 4. - pp. 277 -298.

65. Isloor, S. S. An algorithm with logical simplicity for designing third normal form relational database schema from functional dependencies / Proc. of Int. Conf. on DBMSs (ICMOD 78), Fast Milan, Italy. 1978. - pp. 31 - 50.

66. Bernstein, P. A. Comment on Segment Synthesis in Logical Data Base Design / IBM Journal of Research and development. 1976. - V 4, - No 20. pp. 112.

67. Kecc, Ю. Ю. Анализ и синтез фреймовых моделей АСУ. М.: Энерго-атомиздат. 1986. - 168 с.

68. Хаббард, Дж. Автоматизированное проектирование баз данных. М.: Мир. 1984. - 293 с.

69. Кузин, Л. Т. Основы кибернетики: В 2 т. Том 2. Основы кибернетических моделей. М.: Энергия. 1979. - 584 с.

70. Голосов, А. О. Схемы реляционных баз данных: Теория нормализации и построения нормальных форм / А. О. Голосов, М. Ш. Цаленко // Сб. Прикладная информатика. вып. 2. - М.: Финансы и статистика. 1983. -с. 92-119.

71. Копейкин, М. В. Базы данных. Концепция баз данных: уч. пособие / М. В. Копейкин, В. В. Спиридонов, Е. О. Шумова. Спб.: СЗТУ. 2006. - 117 с.

72. Шекхар, Ш. Основы пространственных баз данных / Ш. Шекхар, С. Чау-ла. М.: Кудиц-Образ. 2004. - 309 с.

73. Ульман, Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика. 1983.-334 с.

74. Йордан, Э. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании / Э. Йордан, К. Аргила. М.: ЛОРИ, 1999. - 264 с.

75. Новиков, Ф. А. Дискретная математика для программистов: учебник для вузов.-. М.: ПИТЕР. 2003. 301 с.

76. Криницкий, Н.А. Автоматизированные информационные системы / Кри-ницкий Н.А., Миронов Г.А., Фролов Г.Д. // Под ред. Дородницына А. А. -М.: Наука. 1982.-384 с.

77. Липски, В. Комбинаторика для программистов. М.: Мир. 1988. - 200 с.

78. Вагнер, Г. Основы исследования операций. Том 2. М.: Мир. 1973. - 487 с.

79. Рассел, С. Искусственный интеллект. Современный подход / С. Рассел, П. Норвиг. 2-е издание. - М.: Вильяме, 2007. - 1407 с.

80. Трофимов, С. А. CASE-технологии: практическая работа в Rational Rose. М.: "Издательство БИНОМ", 2001.