Для представления математического знания в математической логике пользуются логическими формализмами - исчислением высказываний и исчислением предикатов. Эти формализмы имеют ясную формальную семантику и для них разработаны механизмы вывода. Поэтому исчисление предикатов было первым логическим языком, который применяли для формального описания предметных областей, связанных с решением прикладных задач.

Логические модели представления знаний реализуются средствами логики предикатов.

Предикатом называется функция, принимающая два значения (истина или ложь) и предназначенная для выражения свойств объектов или связей между ними. Выражение, в котором утверждается или отрицается наличие каких-либо свойств у объекта, называется высказыванием . Константы служат для именования объектов предметной области. Логические предложения или высказывания образуют атомарные формулы . Интерпретация предиката - это множество всех допустимых связываний переменных с константами. Связывание представляет собой под­становку констант вместо переменных. Предикат считается обще­зна­чи­мым, если он истинен во всех возможных интерпретациях. Говорят, что выска­зывание логически следует из заданных посылок, если оно истинно всег­да, когда истинны посылки.

Описания предметных областей, выполненные в логических языках, назы­ваются логическими моделями .

ДАТЬ (МИХАИЛ, ВЛАДИМИРУ, КНИГУ);

($x) (ЭЛЕМЕНТ (x, СОБЫТИЕ-ДАТЬ) ? ИСТОЧНИК (x, МИХАИЛ) ? АДРЕСАТ? (x, ВЛАДИМИР) ОБЪЕКТ(x, КНИГА).

Здесь описаны два способа записи одного факта: «Михаил дал книгу Владимиру».

Логический вывод осуществляется с помощью силлогизма (если из A следует B, а из B следует C, то из A следует C).

В общем случае в основе логических моделей лежит понятие формальной теории , задаваемой четверкой:

S = ,

где B - счетное множество базовых символов (алфавит) теории S;

F - подмножество выражений теории S, называемые формулами теории (под выражениями понимаются конечные последовательности базовых символов теории S);

A - выделенное множество формул, называемые аксиомами теории S, то есть множество априорных формул;

R - конечное множество отношений {r 1 , …, r n } между формулами, называемые правилами вывода .

Преимущество логических моделей представления знаний заклю­ча­ет­ся в возможности непосредственно запрограммировать механизм вывода синтаксически правильных высказываний. Примером такого механизма служит, в частности процедура вывода, построенная на основе метода резолюций.

Покажем метод резолюций.

В методе используется несколько понятий и теорем.

Понятие тавтологии , логической формулы, значением которой будет «истина» при любых значениях входящих в них атомов. Обозначается?, читается как «общезначимо» или «всегда истинно».

Теорема 1. А?В тогда и только тогда, когда?А В.

Теорема 2. А1, А2, ..., Аn ? В тогда и только тогда, когда? (A1?A2?A3?…?An) В.

Символ? читается как «верно, что» или «можно вывести».

В основе метода лежит доказательство тавтологии

? (X ? A) ?(Y ? ? A)?(X ? Y ) .

Теоремы 1 и 2 позволяют записать это правило в следующем виде:

(X ? A), (Y ? ? A) ? (X ? Y ),

что дает основания утверждать: из посылок и можно вывести .

В процессе логического вывода с применением правила резолюции выполняются следующие шаги.

1. Устраняются операции эквивалентности и импликации:

2. Операция отрицания продвигается внутрь формул с помощью законов де Моргана:

3. Логические формулы приводятся к дизъюнктивной форме: .

Правило резолюции содержит в левой части конъюнкцию дизъюнктов, поэтому приведение посылок, используемых для доказательства, к виду, представляющему собой конъюнкции дизъюнктов, является необходимым этапом практически любого алгоритма, реализующего логический вывод на базе метода резолюции. Метод резолюции легко программируется, это одно из важнейших его достоинств.

Предположим, нужно доказать, что если истинны соотношения и , то можно вывести формулу . Для этого нужно выполнить следующие шаги.

1.Приведение посылок к дизъюнктивной форме:
, , .

2.Построение отрицания выводимого заключения . Полученная конъюнкция справедлива, когда и одновременно истинны.

3.Применение правила резолюции:

(противоречие или «пустой дизъюнкт»).

Итак, предположив ложность выводимого заключения, получаем противоречие, следовательно, выводимое заключение является истинным, т.е. , выводимо из исходных посылок.

Именно правило резолюции послужило базой для создания языка логического программирования PROLOG. По сути дела, интерпретатор языка PROLOG самостоятельно реализует вывод, подобный вышеописанному, формируя ответ на вопрос пользователя, обращенный к базе знаний.

В логике предикатов для применения правила резолюции предстоит осуществить более сложную унификацию логических формул в целях их приведения к системе дизъюнктов. Это связано с наличием дополнительных элементов синтаксиса, в основном кванторов, переменных, предикатов и функций.

Алгоритм унификации предикатных логических формул включает следующие шаги.

После выполнения всех шагов описанного алгоритма унификации можно применять правило резолюции, Обычно при этом осуществляется отрицание выводимого заключения, и алгоритм вывода можно кратко описать следующим образом: Если задано несколько аксиом (теория Тh) и предстоит сделать заключение о том, выводима ли некоторая формула Р из аксиом теории Тh, строится отрицание Р и добавляется к Тh, при этом получают новую теорию Тh1. После приведения и аксиом теории к системе дизъюнктов можно построить конъюнкцию и аксиом теории Тh. При этом существует возможность выводить из исходных дизъюнктов дизъюнкты - следствия. Если Р выводимо из аксиом теории Тh, то в процессе вывода можно получить некоторый дизъюнкт Q, состоящий из одной литеры, и противоположный ему дизъюнкт . Это противоречие свидетельствует о том, что Р выводимо из аксиом Тh. Вообще говоря, существует множество стратегий доказательства, нами рассмотрена лишь одна из возможных - нисходящая.

Пример: представим средствами логики предикатов следующий текст:

«Если студент умеет хорошо программировать, то он может стать специалистом в области прикладной информатики».

«Если студент хорошо сдал экзамен по информационным системам, значит, он умеет хорошо программировать».

Представим этот текст средствами логики предикатов первого порядка. Введем обозначения: X - переменная для обозначения студента; хорошо - константа, соответствующая уровню квалификации; Р(Х) - предикат, выражающий возможность субъекта X стать специалистом по прикладной информатике; Q (Х, хорошо) - предикат, обозначающий умение субъекта X программировать с оценкой хорошо ; R (Х, хорошо) - предикат, задающий связь студента X с экзаменационной оценкой по информационным системам.

Теперь построим множество правильно построенных формул:

Q(Х, хорошо) .

R (Х, хорошо) Q (Х, хорошо).

Дополним полученную теорию конкретным фактом
R (иванов, хорошо) .

Выполним логический вывод с применением правила резолюции, чтобы установить, является ли формула Р(иванов ) следствием вышеприведенной теории. Другими словами, можно ли вывести из этой теории факт, что студент Иванов станет специалистом в прикладной информатике, если он хорошо сдал экзамен по информационным системам.

Доказательство

1. Выполним преобразование исходных формул теории в целях приведения к дизъюнктивной форме:

(Х, хорошо) Р(Х);

(Х,хорошо) (Х,хорошо);

R (иванов , хорошо).

2. Добавим к имеющимся аксиомам отрицание выводимого заключения

(иванов).

3. Построим конъюнкцию дизъюнктов

(Х, хорошо) Р(Х) ? ? P (иванов, хорошо) ? ? Q (иванов, хорошо), заменяя переменную X на константу иванов .

Результат применения правила резолюции называют резольвентой . В данном случае резольвентой является (иванов).

4. Построим конъюнкцию дизъюнктов с использованием резольвенты, полученной на шаге 3:

(Х, хорошо) (Х, хорошо) (иванов, хорошо) (иванов, хорошо).

5. Запишем конъюнкцию полученной резольвенты с последним дизъюнктом теории:

(иванов, хорошо) (иванов, хорошо) (противоречие).

Следовательно, факт Р(иванов ) выводим из аксиом данной теории.

Для определения порядка применения аксиом в процессе вывода существуют следующие эвристические правила:

1. На первом шаге вывода используется отрицание выводимого заключения.
2. В каждом последующем шаге вывода участвует резольвента, полученная на предыдущем шаге.

Однако с помощью правил, задающих синтаксис языка, нельзя установить истинность или ложность того или иного высказывания. Это рас­пространяется на все языки. Высказывание может быть построено син­такси­чески правильно, но оказаться совершенно бессмысленным. Высокая сте­пень единообразия также влечет за собой еще один недостаток ло­ги­ческих моделей - сложность использования при доказательстве эв­ристик, от­ражающих специфику конкретной предметной проблемы. К дру­гим недостаткам формальных систем следует отнести их монотонность, от­сут­ствие средств для структурирования используемых элементов и не­до­пус­тимость противоречий. Дальнейшее развитие баз знаний пошло пути ра­бот в области индуктивных логик, логик «здравого смысла», логик веры и других логических схем, мало что имеющих общего с классической ма­те­ма­тической логикой.

В процессе создания БД можно выделить несколько этапов, на каждом из которых конкретизируется и уточняется структура проектируемой БД.

1) Создание концептуальной модели бд.

Процесс создания концептуальной модели в большей степени относится к проектированию всей информационной системы, одной из частей которой является база данных. На данном этапе происходит анализ задач, решаемых в конкретной предметной области, описываются объекты предметной области и взаимосвязи этих объектов. Концептуальная модель также может содержать описание процессов, которые происходят с объектами предметной области, что позволяет наиболее полно учесть все нюансы функционирования разрабатываемой информационной системы. При проектировании концептуальной модели не учитываются особенности реализации определенных частей информационной системы и не рассматриваются вопросы повышения эффективности обработки информации.

2) Создание логической модели бд.

Логическая модель БД представляет собой результат преобразования концептуальной модели, в котором основными объектами становятся информационные объекты. В качестве последних выступают сущности – объекты или события, информацию о которых необходимо сохранять в базе данных. Сущности характеризуются набором некоторых свойств, называемых атрибутами. Логическая модель отражает логические связи между сущностями вне зависимости от того, каким образом будут храниться данные. Логическая модель БД является универсальной, поскольку никак не связана с конкретной реализацией СУБД. Названия сущностей и атрибутов в логической модели могут совпадать с названиями, используемыми в реальной жизни.

Для описания схемы базы данных на логическом уровне проектирования служит диаграмма “сущности-связи” (Entity-Relationship diagram или ER‑diagram). Существуют различные варианты диаграмм “сущности-связи”. Способы изображения элементов ER-диаграмм стали называть нотациями. На них одни и те же элементы графически изображаются по-разному. Известны нотация Мартина, нотация IDEF1X и др. Кроме того, различные программные средства, реализующие одну и ту же нотацию, могут отличаться своими возможностями. Все варианты диаграмм “сущность-связь” исходят из одной идеи – рисунок всегда нагляднее текстового описания. Все такие диаграммы используют графическое изображение сущностей предметной области, их свойств (атрибутов ), и взаимосвязей между сущностями .

3) Создание физической модели бд.

Физическая модель является отображением логической модели применительно к конкретной СУБД. Одной и той же логической модели базы данных может соответствовать несколько различных физических моделей, отражающих особенности реализации конкретных СУБД. В физической модели важно описать всю информацию о физических объектах базы данных – таблицах, колонках, индексах, процедурах и т.д.

Современные средства проектирования физической модели БД позволяют на основе созданной модели сформировать необходимые предписания (команды, запросы) для выбранной системы управления базой данных. СУБД на основании полученных предписаний формирует физическую структуру базы данных, предназначенную для хранения реальной информации.

Рассмотрим процесс проектирования БД информационной системы, предназначенной для хранения и сопровождения информации о помещениях университета: аудиториях, лабораториях, вспомогательных помещениях.

1) Создание концептуальной модели БД

Любое помещение характеризуется следующими параметрами: информация о корпусе, в котором расположено помещение; номер помещения; этаж, на котором оно расположено; краткое описание расположения помещения в корпусе; размеры помещения (ширина, длина и высота потолка в метрах).

Необходимо учитывать, что для аудиторий имеют значение такие параметры, как количество мест для слушателей и количество досок; лаборатории характеризуются количеством лабораторных стендов и максимальной потребляемой мощностью лабораторного электрооборудования; вспомогательные помещения должны содержать описание предназначения помещения.

Кроме того, все помещения могут характеризоваться дополнительными необязательными реквизитами, например, фамилия и инициалы ответственного за противопожарную безопасность; контактный телефон ответственного за противопожарную безопасность; периодичность планового осмотра и проверки технического состояния помещения; тип системы вентиляции и кондиционирования воздуха и т.д.

Количество необязательных реквизитов помещения не является конечным множеством и может увеличиваться в процессе эксплуатации информационной системы.

Допустимо использование каждого помещения несколькими подразделениями университета. При этом информационная система должна учитывать, что структура подразделений университета имеет иерархический вид, когда одни подразделения входят в состав других.

2) Создание логической модели БД

Выделим основные информационные объекты, информацию о которых будет храниться в базе данных, атрибуты этих объектов и связи между объектами. Логическую модель представим в виде диаграммы «сущности-связи» в нотации IDEF1X (рис.1).

Рис. 1. Логическая модель БД

3) Создание физической модели БД

Выбрав СУБД Oracle в качестве целевой, преобразуем логическую модель в физическую (рис. 2).

Рис. 2. Физическая модель БД

BPwin и Erwin. CASE-средства для разработки информационных систем Маклаков Сергей Владимирович

2.1.1. Физическая и логическая модель данных

2.1.1. Физическая и логическая модель данных

ERwin имеет два уровня представления модели - логический и физический. Логический уровень - это абстрактный взгляд на данные, на нем данные представляются так, как выглядят в реальном мире, и могут называться так, как они называются в реальном мире, например "Постоянный клиент", "Отдел" или "Фамилия сотрудника". Объекты модели, представляемые на логическом уровне, называются сущностями и атрибутами (подробнее о сущностях и атрибутах будет рассказано ниже). Логическая модель данных может быть построена на основе другой логической модели, например на основе модели процессов (см. гл. 1). Логическая модель данных является универсальной и никак не связана с конкретной реализацией СУБД.

Физическая модель данных, напротив, зависит от конкретной СУБД, фактически являясь отображением системного каталога. В физической модели содержится информация о всех объектах БД. Поскольку стандартов на объекты БД не существует (например, нет стандарта на типы данных), физическая модель зависит от конкретной реализации СУБД. Следовательно, одной и той же логической модели могут соответствовать несколько разных физических моделей. Если в логической модели не имеет значения, какой конкретно тип данных имеет атрибут, то в физической модели важно описать всю информацию о конкретных физических объектах - таблицах, колонках, индексах, процедурах и т. д. Разделение модели данных на логические и физические позволяет решить несколько важных задач.

Документирование модели. Многие СУБД имеют ограничение на именование объектов (например, ограничение на длину имени таблицы или запрет использования специальных символов - пробела и т. п.). Зачастую разработчики ИС имеют дело с нелокализованными версиями СУБД. Это означает, что объекты БД могут называться короткими словами, только латинскими символами и без использования специальных символов (т. е. нельзя назвать таблицу предложением - только одним словом). Кроме того, проектировщики БД нередко злоупотребляют "техническими" наименованиями, в результате таблица и колонки получают наименования типа RTD_324 или CUST_A12 и т. д. Полученную в результате структуру могут понять только специалисты (а чаще всего только авторы модели), ее невозможно обсуждать с экспертами предметной области. Разделение модели на логическую и физическую позволяет решить эту проблему. На физическом уровне объекты БД могут называться так, как того требуют ограничения СУБД. На логическом уровне можно этим объектам дать синонимы - имена более понятные неспециалистам, в том числе на кириллице и с использованием специальных символов. Например, таблице CUST_A12 может соответствовать сущность Постоянный клиент. Такое соответствие позволяет лучше задокументировать модель и дает возможность обсуждать структуру данных с экспертами предметной области.

Масштабирование. Создание модели данных, как правило, начинается с создания логической модели. После описания логической модели, проектировщик может выбрать необходимую СУБД и ERwin автоматически создаст соответствующую физическую модель. На основе физической модели ERwin может сгенерировать системный каталог СУБД или соответствующий SQL-скрипт. Этот процесс называется прямым проектированием (Forward Engineering). Тем самым достигается масштабируемость - создав одну логическую модель данных, можно сгенерировать физические модели под любую поддерживаемую ERwin СУБД. С другой стороны, ERwin способен по содержимому системного каталога или SQL-скрипту воссоздать физическую и логическую модель данных (Reverse Engineering). На основе полученной логической модели данных можно сгенерировать физическую модель для другой СУБД и затем сгенерировать ее системный каталог. Следовательно, ERwin позволяет решить задачу по переносу структуры данных с одного сервера на другой. Например, можно перенести структуру данных с Oracle на Informix (или наоборот) или перенести структуру dbf-файлов в реляционную СУБД, тем самым облегчив решение по переходу от файл-серверной к клиент-серверной ИС. Заметим, однако, что формальный перенос структуры "плоских" таблиц на реляционную СУБД обычно неэффективен. Для того чтобы извлечь выгоды от перехода на клиент-серверную технологию, структуру данных следует модифицировать. Процессы прямого и обратного проектирования будут рассмотрены ниже.

Для переключения между логической и физической моделью данных служит список выбора в левой части панели инструментов Erwin (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Переключение между логической и физической моделью

При переключении, если физической модели еще не существует, она будет создана автоматически.

Из книги Собираем компьютер своими руками автора Ватаманюк Александр Иванович

Модель ISO/OSI и протоколы передачи данных Главной в стандартизации сетей и всего, что к ним относится, является модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), разработанная международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO). На практике

Из книги Справочное руководство по C++ автора Страустрап Бьярн

R.5.15 Логическая операция ИЛИ логическое-выражение-ИЛИ: логическое-выражение-И логическое-выражение-ИЛИ || логическое-выражение-ИОперации || выполняются слева направо. Результат операции 1, если один из ее операндов отличен от нуля, иначе результат - 0. В отличие от | при

Из книги Язык программирования С# 2005 и платформа.NET 2.0. автора Троелсен Эндрю

Модель источника поставщика данных.NET 2.0 В.NET 2,0 предлагается модель источника поставщика данных, с помощью которой, используя обобщенные типы, можно построить единый базовый код для доступа к данным. Более того, используя файлы конфигурации приложения (в частности, их

Из книги Обработка баз данных на Visual Basic®.NET автора Мак-Манус Джеффри П

ГЛАВА 4 Модель ADO.NET: провайдеры данных Порой кажется, что не успели еще разработчики приложений баз данных привыкнуть к новой технологии, как компания Microsoft предложила совершенно новую модель доступа к базам данных. В этой главе основное внимание уделяется модели ADO.NET,

Из книги TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security) автора Фейт Сидни М

20.2.1 Логическая база данных В SNMP используется модель базы данных. Каждая сетевая система содержит информацию о конфигурации, текущем состоянии, ошибках и производительности. К этой информации может получить доступ сетевой администратор. Она рассматривается как

Из книги Инфраструктуры открытых ключей автора Полянская Ольга Юрьевна

Физическая топология Система PKI, помимо выполнения целого ряда функций - выпуска сертификатов, генерации ключей, управления безопасностью, аутентификации, восстановления данных, - должна обеспечивать интеграцию с внешними системами. PKI необходимо взаимодействовать с

Из книги Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0 автора Маклаков Сергей Владимирович

3.1. Модель данных и ее соответствие модели процессов Функциональная модель BPwin является основой для построения модели данных. Действительно, не имея информации о том, как работает предприятие, бессмысленно строить модель данных. Для построения модели данных удобно

Из книги Firebird РУКОВОДСТВО РАЗРАБОТЧИКА БАЗ ДАННЫХ автора Борри Хелен

Модель данных <> база данных Тот "мир", который был получен в процессе описания и анализа, является черновиком для структур ваших данных. Считается, что логическая модель должна описывать отношения и наборы. Обычная ошибка (и западня, присущая всем инструментам CASE) слепо

Из книги Мир InterBase. Архитектура, администрирование и разработка приложений баз данных в InterBase/FireBird/Yaffil автора Ковязин Алексей Николаевич

Из книги IT-безопасность: стоит ли рисковать корпорацией? автора Маккарти Линда

Физическая безопасность Содержите серверы и чувствительные или критичные клиентские машины в помещениях с хорошо закрываемыми дверями. Если у вас на серверах или рабочих станциях установлена система FAT32, любой пользователь, локально подключившийся к одной такой

Из книги Восстановление данных на 100% автора Ташков Петр Андреевич

Физическая структура базы данных Зачем изучать физическую структуру базы данных? Говоря о физической структуре базы данных InterBase, обычно подразумевают то что представляют собой данные с точки зрения низкоуровневой организации данных - вплоть до уровня байтов. Многие

Из книги Операционная система UNIX автора Робачевский Андрей М.

Из книги автора

Первая фаза: Физическая безопасность Чтобы начать игру, я должна была надеть костюм и исполнить свою роль. Моей целью было проникнуть в компьютерный зал без получения официального разрешения. Надев костюм, я попала в точку - я выглядела как своя.Мария предложила мне

Из книги автора

Логическая организация Прежде чем перейти к файловым системам flash-накопителей, нужно вспомнить об архитектуре NAND. В этой часто используемой памяти и чтение, и запись, и удаление информации происходит лишь блоками.На жестких и гибких дисках величина блока составляет 512

Из книги автора

Логическая организация данных Под логической организацией лазерных дисков понимаются файловые системы, создаваемые на их дорожках. Для лазерных дисков, в отличие от винчестеров, гибких дисков или полупроводниковых накопителей с их системами FAT и NTFS, используются

Из книги автора

Виртуальная и физическая память Оперативная память является, пожалуй, одним из наиболее дорогих компонентов компьютерной системы. Ранние системы UNIX имели в своем распоряжении 64 Кбайт оперативной памяти, и это количество было явно недостаточным, современные компьютеры

Логическими уровень – это абстрактный взгляд на данные, на нем данные представляются так, как выглядят в реальном мире, и могут называться так, как они называются в реальном мире.

Объекты модели, представляемые на логическом уровне, называются сущностями и атрибутами . Логическая модель данных может быть построена на основе другой логической модели, например на основе модели процессов. Логическая модель данных является универсальной и никак не связана с конкретной реализацией СУБД.

Различают три уровня логической модели, отличающихся по глубине представления информации о данных:

диаграмм сущность-связь (Entity Relationship Diagram, ERD);

модель данных, основанная на ключах (Key Based model, KB);

полная атрибутная модель (Fully Attributed model, FA).

Диаграмма сущность-связь представляет собой модель данных верхнего уровня. Она включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные бизнес-правила предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, в нее включаются основные сущности и связи между ними, которые удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к ИС.

Диаграмма сущность-связь может включать связи многие-ко-многим и не включать описание ключей. Как правило, ERD используется для презентаций и обсуждения структуры данных с экспертами предметной области.

Модель данных, основанная на ключах , - более подробное представление данных. Она включает описание всех сущностей и первичных ключей и предназначена для представления структуры данных и ключей, которые соответствуют предметной области.

Полная атрибутивная модель – наиболее детальное представление структуры данных: представляет данные в третьей нормальной форме ивключает все сущности, атрибуты и связи .

В данных методических указаниях будет рассмотрена модель данных, основанная на ключах.

Основные компоненты диаграммы ERwin – это сущности, атрибуты и связи.

Каждая сущность является множеством подобных индивидуальных объектов, называемых экземплярами. Каждый экземпляр индивидуален и должен отличаться от всех остальных экземпляров. Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т.е. необходимо определить, какая информация будет храниться в конкретной сущности или атрибуте.Сущность можно определить как объект, событие или концепцию, информация о которой должна сохраняться. Сущности должны иметь наименование с четким смысловым значением, именоваться существительным в единственном числе, не носить «технических» наименований и быть достаточно значимыми для того, чтобы их моделировать. Именование сущности в единственном числе облегчает в дальнейшем чтение модели. Фактически имя сущности дается по имени ее экземпляра.

Сущность на диаграмме изображается прямоугольником. В зависимости от режима представления диаграммы прямоугольник может содержать имя сущности, ее описание, список ее атрибутов и другие сведения (см. рис. 34).

Рис. 34. Сущность с заполненными атрибутами.

Экземпляры независимой сущности могут быть уникально идентифицированы без определения ее связей с другими сущностями;зависимая сущность, наоборот, не может быть уникально идентифицирована без определения ее связей с другими сущностями. Зависимая сущность отображается в ERwin прямоугольником с закругленными углами (см. рис. 35).

Рис. 35. Зависимая сущность с заполненными атрибутами.

Зависимая сущность может наследовать один и тот же внешний ключ от более чем одной родительской сущности, или от одной и той же родительской сущности через использование несколько связей. Если не введены различные роли для такого множественного наследования, ERwin считает, что в зависимой сущности атрибуты внешнего ключа появляются только один раз.

В зависимости от того, все ли возможные сущности-подтипы включены в модель, категорийная связь является полной или неполной. Например, если супертип может содержать данные об уволенных сотрудниках, то эта связь - неполной категоризации, так как для него не существует записи в сущностях - подтипах. В ERwin полная категория изображается окружностью с двумя подчеркиваниями, а неполная - окружностью с одним подчеркиванием.

Унификация - это объединение двух или более групп атрибутов внешних ключей в один внешний ключ (группу атрибутов), в предположении, что значения одноименных атрибутов в дочерней сущности всегда одинаковы. Рассмотрим пример: сущность "сотрудник" имеет первичный ключ "код сотрудника" и связан идентифицирующей связью с сущностями "супруга" и "дети". При этом происходит миграция первичного ключа в зависимые сущности. В свою очередь, сущность "супруга" связана не идентифицирующей связью с сущностью "дети". Имеются два пути миграции ключа, однако в сущности "дети" атрибут "код сотрудника" появляется один раз в качестве элемента первичного ключа. Существуют случаи, когда унификация атрибутов дает неверный с точки зрения предметной области результат. Для отмены унификации для атрибутов вводятся имена ролей.

Атрибут выражает свойство объекта, характеризующее его экземпляр (определенное свойство объекта. С точки зрения БД (физическая модель) сущности соответствует таблица, экземпляру сущности – строка в таблице, а атрибуту – колонка таблицы. Горизонтальная линия прямоугольника разделяет атрибуты сущности на два набора: атрибуты, составляющие первичный ключ (в верхней части) и прочие, не входящие в первичный ключ (в нижней части).

Первичный ключ - это атрибут или набор атрибутов, уникально идентифицирующий экземпляр сущности. Если несколько наборов атрибутов могут уникально идентифицировать сущность, то выбор одного из них осуществляется разработчиком на основании анализа предметной области. Для каждого первичного ключа ERwin создает при генерации структуры БД уникальный индекс.

Если между некоторыми сущностями существует связь, то факты из одной сущности ссылаются или некоторым образом связаны с фактами из другой сущности. Связь – это функциональная зависимость между сущностями. Поддержание непротиворечивости функциональных зависимостей между сущностями называется ссылочной целостностью. Поскольку связи содержатся "внутри" реляционной модели, реализация ссылочной целостности может выполняться как приложением, так и самой СУБД (с помощью механизмов декларативной ссылочной целостности, триггеров). Связь это понятие логического уровня, которому соответствует внешний ключ на физическом уровне. Связь называетсяидентифицирующей , если экземпляр дочерней сущности идентифицируется через ее связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в первичный ключ дочерней сущности. Дочерняя сущность при идентифицирующей связи всегда является зависимой. Связь называетсяне идентифицирующей , если экземпляр дочерней сущности идентифицируется иначе, чем через связь с родительской сущностью. Атрибуты, составляющие первичный ключ родительской сущности, при этом входят в состав не ключевых атрибутов дочерней сущности.

Для добавления сущности следует нажать кнопку , а затем – щелкнуть «мышью» по свободному месту диаграммы. После этого по созданному элементу

следует щелкнуть два раза левой кнопкой «мыши». В открывшемся диалоговом окне Attributes (см. рис. 36) следует:

Рис. 36. Окно для заполнения атрибутов сущности.

Таблица 5.

Расшифровка назначения типов атрибутов

Для каждого атрибута имеется возможность ввода дополнительных характеристик, расположенных на вкладках окна Attributes :

General (основные характеристики атрибута);

Datatype (выбранный формат атрибута);

Definition (пояснения);

Note (комментарий для данного атрибута);

UDP (свойства атрибутов сущности, добавляемых пользователем);

Key Group (отношение выбранного атрибута к ключевым признакам);

History (история возникновения атрибута).

Для связывания таблиц следует, нажав кнопку или(идентифицирующая связь) или(не идентифицирующая связь), щелкнуть левой кнопкой «мыши» на одной таблице, а затем щелкнуть «мышью» на другой таблице, с которой требуется выполнить связь.

Пример логической модели данных представлен на рис. 37.

Для компактного расположения модели на листе бумаги при печати следует вызвать в меню File режимPrint , а в открывшемся окнеPrint (см. рис. 38) нажать кнопкуFit model.

Рис. 37. Пример логической модели данных

Рис. 38. Окно для настройки параметров печати.

• ознакомиться с технологией построения логической модели в ERWin,
• изучить методы определения ключевых атрибутов сущностей,
• освоить метод проверки адекватности логической модели,
• изучить типы связей между сущностями.

Первым шагом при создании логической модели БД является построение диаграммы ERD (Entity Relationship Diagram). ERD-диаграммы состоят из трех частей: сущностей, атрибутов и взаимосвязей. Сущностями являются существительные, атрибуты - прилагательными или модификаторами, взаимосвязи - глаголами.

ERD-диаграмма позволяет рассмотреть систему целиком и выяснить требования, необходимые для ее разработки, касающиеся хранения информации.

ERD-диаграммы можно подразделить на отдельные куски, соответствующие отдельным задачам, решаемым проектируемой системой. Это позволяет рассматривать систему с точки зрения функциональных возможностей, делая процесс проектирования управляемым.

ERD-диаграммы

Как известно основным компонентом реляционных БД является таблица. Таблица используется для структуризации и хранения информации. В реляционных БД каждая ячейка таблицы содержит одно значение. Кроме того, внутри одной БД существуют взаимосвязи между таблицами, каждая из которых задает совместное пользование данными таблицы.

ERD-диаграмма графически представляет структуру данных проектируемой информационной системы. Сущности отображаются при помощи прямоугольников, содержащих имя. Имена принято выражать существительными в единственном числе, взаимосвязи - при помощи линий, соединяющих отдельные сущности. Взаимосвязь показывает, что данные одной сущности ссылаются или связаны с данными другой.

Рис. 6.1. Пример ERD-диаграммы,

Определение сущностей и атрибутов

Сущность - это субъект, место, вещь, событие или понятие, содержащие информацию. Точнее, сущность - это набор (объединение) объектов, называемых экземплярами. В приведенном на рис. 6.1 примере сущность CUSTOMER (клиент) представляет всех возможных клиентов. Каждый экземпляр сущности обладает набором характеристик. Так, каждый клиент может иметь имя, адрес, телефон и т. д. В логической модели все эти характеристики называются атрибутами сущности.

На рис. 6.2 показана ERD-диаграмма, включающая в себя атрибуты сущностей.

Рис. 6.2. ERD- диаграмма с атрибутами

Логические взаимосвязи

Логические взаимосвязи представляют собой связи между сущностями. Они определяются глаголами, показывающими, как одна сущность относится к другой.

Некоторые примеры взаимосвязей:

• команда включает много игроков,
• самолет перевозит много пассажиров,
• продавец продает много продуктов.

Во всех этих случаях взаимосвязи отражают взаимодействие между двумя сущностями, называемое «один-ко-многим». Это означает, что один экземпляр первой сущности взаимодействует с несколькими экземплярами другой сущности. Взаимосвязи отображаются линиями, соединяющими две сущности с точкой на одном конце и глаголом, располагаемым над линией.

Кроме взаимосвязи «один-ко-многим» существует еще один тип - это «многие-ко-многим». Этот тип связи описывает ситуацию, при которой экземпляры сущностей могут взаимодействовать с несколькими экземплярами других сущностей. Связь «многие-ко-многим» используют на первоначальных стадиях проектирования. Этот тип взаимосвязи отображается сплошной линией с точками на обоих концах.

Связь «многие-ко-многим» может не учитывать определенные ограничения системы, поэтому может быть заменена на «один-ко-многим» при последующем пересмотре проекта.

Проверка адекватности логической модели

Если взаимосвязи между сущностями были правильно установлены, то можно составить предложения, их описывающие. Например, по модели, показанной на рис. 6.3, можно составить следующие предложения:

Самолет перевозит пассажиров. Много пассажиров перевозятся одним самолетом.

Составление таких предложений позволяет проверить соответствие полученной модели требованиям и ограничениям создаваемой системы.

Рис. 6.3. Пример логической модели со взаимосвязью

Модель данных, основанная на ключах

Каждая сущность содержит горизонтальную линию, разделяющую атрибуты на две группы. Атрибуты, расположенные над линией, называются первичным ключом. Первичный ключ предназначен для уникальной идентификации экземпляра сущности.

Выбор первичного ключа

При создании сущности необходимо выделить группу атрибутов, которые потенциально могут стать первичным ключом (потенциальные ключи), затем произвести отбор атрибутов для включения в состав первичного ключа, следуя следующим рекомендациям:

Первичный ключ должен быть подобран таким образом, чтобы по значениям атрибутов, в него включенных, можно было точно идентифицировать экземпляр сущности. Никакой из атрибутов первичного ключа не должен иметь нулевое значение. Значения атрибутов первичного ключа не должны меняться. Если значение изменилось, значит, это уже другой экземпляр сущности.

При выборе первичного ключа можно внести в сущность дополнительный атрибут и сделать его ключом. Так, для определения первичного ключа часто используют уникальные номера, которые могут автоматически генерироваться системой при добавлении экземпляра сущности в БД. Применение уникальных номеров облегчает процесс индексации и поиска в БД.

Первичный ключ, выбранный при создании логической модели, может быть неудачным для осуществления эффективного доступа к БД и должен быть изменен при проектировании физической модели.

Потенциальный ключ, не ставший первичным, называется альтернативным ключом (Alternate Key). ERWin позволяет выделить атрибуты альтернативных ключей, и по умолчанию в дальнейшем при генерации схемы БД по этим атрибутам будет генерироваться уникальный индекс. При создании альтернативного ключа на диаграмме рядом с атрибутом появляются символы (АК).

Атрибуты, участвующие в неуникальных индексах, называются инверсионными входами (Inversion Entries). Инверсионные входы - это атрибут или группа атрибутов, которые не определяют экземпляр уникальным образом, но часто используются для обращения к экземплярам сущности. ERWin генерирует неуникальный индекс для каждого инверсионного входа.

При проведении связи между двумя сущностями в дочерней сущности автоматически образуются внешние ключи (foreign key). Связь образует ссылку на атрибуты первичного ключа в дочерней сущности, и эти атрибуты образуют внешний ключ в дочерней сущности. Атрибуты внешнего ключа обозначаются символами (FK) после своего имени.

Пример

Рассмотрим процесс построения логической модели на примере БД студентов системы «Служба занятости в рамках вуза». Первым этапом является определение сущностей и атрибутов. В БД будут храниться записи о студентах, следовательно, сущностью будет студент.

Таблица 6.1. Атрибуты сущности «Студент»

Атрибут	Описание
Номер	Уникальный номер для идентификации пользователя
Ф.И.О.	Фамилия, имя и отчество пользователя
Пароль	Пароль для доступа в систему
Возраст	Возраст студента
Пол	Пол студента
Характеристика	Memo-поле с общей характеристикой пользователя
E-mail	Адреса электронной почты
Телефон	Номера телефонов студента (домашний, рабочий)
Опыт работы	Специальности и опыт работы студента по каждой из них
Специальность	Специальность, получаемая студентом при окончании учебного заведения
Специализация	Направление специальности, по которому обучается студент
Иностранный язык	Список иностранных языков и уровень владения ими
Тестирование	Список тестов и отметки о их прохождении
Экспертная оценка	Список предметов с экспертными оценками по каждому из них
Оценки по экзаменам	Список сданных предметов с оценками

В полученном списке существуют атрибуты, которые нельзя определить в виде одного поля БД. Такие атрибуты требуют дополнительных определений и должны рассматриваться как сущности, состоящие, в свою очередь, из атрибутов. К таковым относятся: опыт работы, иностранный язык, тестирование, экспертная оценка, оценки по экзаменам. Определим их атрибуты.

Таблица 6.2. Атрибуты сущности «Опыт работы»

Таблица 6.3. Атрибуты сущности «Иностранный язык»

Таблица 6.4. Атрибуты сущности «Тестирование»

Таблица 6.5. Атрибуты сущности «Экспертная оценка»

Атрибут	Описание
Дисциплина	Наименование дисциплины, по которой оценивался студент
Ф.И.О. преподавателя	Ф.И.О. преподавателя, который оценивал студента
Оценка	Экспертная оценку преподавателя
Атрибут		Описание
Предмет		Название предмета, экзамен по которому сдавался
Оценка		Полученная оценка

Составим ERD-диаграмму, определяя типы атрибутов и проставляя связи между сущностями (рис. 6.4). Все сущности будут зависимыми от сущности «Студент». Связи будут типа «один-ко-многим».

Рис. 6.4. ERD-диаграмма БД студентов

На полученной диаграмме рядом со связью отражается ее имя, показывающее соотношение между сущностями. При проведении связи между сущностями первичный ключ мигрирует в дочернюю сущность.

Следующим этапом при построении логической модели является определение ключевых атрибутов и типов атрибутов.

Таблица 6.7. Типы атрибутов

Атрибут	Тип
Характеристика
Специальность
Специализация
Место работы
Уровень владения
Название
Описание
Дисциплина
Ф.И.О. преподавателя

Выберем для каждой сущности ключевые атрибуты, однозначно определяющие сущность. Для сущности «Студент» это будет уникальный номер, для сущности «Опыт работы» все поля являются ключевыми, так как по разным специальностям студент может иметь разный опыт работы в разных фирмах. Сущность «Тест» определяется названием, так как студент по одному тесту может иметь только одну оценку. Оценка по экзамену определяется только названием предмета, экспертная оценка зависит от преподавателя, который ее составил, поэтому в качестве ключевых атрибутов выберем «Дисциплину» и «Ф.И.О. преподавателя». У сущности «Иностранный язык» уровень владения зависит только от наименования языка, следовательно, это и будет являться ключевым атрибутом.

Получим новую диаграмму, изображенную на рис. 6.5, где все ключевые атрибуты будут находиться над горизонтальной чертой внутри рамки, изображающей сущность.

Рис. 6.5. ERD-диаграмма БД студентов с ключевыми атрибутами

Контрольные вопросы

1. Назовите основные части ERD-диаграммы.
2. Цель ERD-диаграммы.
3. Что является основным компонентом реляционных БД?
4. Что называется сущностью?
5. Сформулируйте принцип именования сущностей.
6. Что показывает взаимосвязь между сущностями?
7. Назовите типы логических взаимосвязей.
8. Каким образом отображаются логические взаимосвязи?
9. Опишите механизм проверки адекватности логической модели.
10. Что называется первичным ключом?
11. Назовите принципы, согласно которым формируется первичный ключ.
12. Что называется альтернативным ключом?
13. Что называется инверсионным входом?
14. В каком случае образуются внешние ключи?

1. Тема, цель работы.
2. ERD-диаграмма БД Служба занятости с атрибутами и ключами.
3. Выводы по работе