Файл: Способы представления данных в информационных системах (Характеристика понятия «Информационная система»).pdf

Информационные системы обработки знаний, в том числе и экспертные системы, вбирают в себя знания, необходимые инженерам, юристам, ученым при разработке или создании нового продукта. Их работа заключается в создании новой информации и нового знания. Так, например, существующие специализированные рабочие станции по инженерному и научному проектированию позволяют обеспечить высокий уровень технических разработок^[18].

Информационные системы тактического уровня (среднее звено)

Основные функции этих информационных систем:

сравнение текущих показателей с прошлыми показателями;
составление периодических отчетов за определенное время (а не выдача отчетов по текущим событиям, как на оперативном уровне);
обеспечение доступа к архивной информации и т.д.

Системы поддержки принятия решений обслуживают частично структурированные задачи, результаты которых трудно спрогнозировать заранее (имеют более мощный аналитический аппарат с несколькими моделями). Информацию получают из управленческих и операционных информационных систем. Используют эти системы все, кому необходимо принимать решение: менеджеры, специалисты, аналитики. Например, их рекомендации могут пригодиться при принятии решения покупать или взять оборудование в аренду^[19].

Характеристика систем поддержки принятия решений:

обеспечивают решение проблем, развитие которых трудно прогнозировать;
оснащены сложными инструментальными средствами моделирования и анализа;
позволяют легко менять постановки решаемых задач и входные данные;
отличаются гибкостью и легко адаптируются к изменению условий несколько раз в день;
имеют технологию, максимально ориентированную на пользователя^[20].

Способы представления информации в информационных системах

2.1 Иерархическая модель данных

Самым ранним способом представления информации в информационных системах является иерархическая модель данных. Иерархическая модель данных – это такая модель информации, которая имеет древовидную структуру и представляет собой совокупность элементов, которые, в свою очередь, расположены в определенной иерархии, как правило,- от общего к частному^[21].

Первый уровень иерархии такой модели предстает в виде единственной вершины, которая носит название «корень дерева». Верхняя вершина связывается с вершинами второго уровня, которые, в свою очередь, связаны с вершинами третьего уровня и так до самых нижних уровней. При этом важно отметить, что вершины одного уровня между собой никак не связываются, согласно данной модели. Отсюда следует вывод, что разные части информации в иерархической модели данных не являются равноправными – они находятся в определенном подчинении от других частей.

Древовидная система данной модели также предполагает, что доступ к данным открывается постепенно и возможен только по вертикали. Исходя из вышесказанного, определяется, что тип «дерево» является составным. Он включает в себя подтипы («поддеревья»), каждый из которых, в свою очередь, является типом «дерево». Корневым называется тип, который имеет подчиненные типы и сам не является подтипом. Подчиненный тип (подтип) является потомком по отношению к типу, который выступает для него в роли предка (родителя). Потомки одного и того же типа являются близнецами по отношению друг к другу^[22].

В целом тип «дерево» представляет собой иерархически организованный набор типов «запись».

Наглядным воплощением иерархической модели данных является иерархическая база данных, которая представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данных типа «дерево» (деревьев), содержащих экземпляры типа «запись» (записи). Поля записей хранят собственно числовые или символьные значения, составляющие основное содержание БД. Обход всех элементов иерархической БД обычно производится сверху вниз и слева направо.

Основные понятия применяемые в иерархической модели данных

Атрибут (элемент данных,поле) – определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю.. Обычно каждому элементу при описании базы данных присваивается уникальное имя. По этому имени к нему обращаются при обработке. Элемент данных также часто называют полем.

Запись (сегмент) – именованная совокупность атрибутов. Использование записей позволяет за одно обращение к базе получить некоторую логически связанную совокупность данных. Именно записи изменяются, добавляются и удаляются. Тип сегмента – это поименованная совокупность входящих в него атрибутов. Экземпляр записи – конкретная запись с конкретным значением элементов

Групповое отношение – иерархическое отношение между записями двух типов. Родительская запись (владелец группового отношения) называется исходной записью, а дочерние записи (члены группового отношения) – подчиненными. Иерархическая база данных может хранить только такие древовидные структуры^[23].

Операции над иерархически организованными данными

добавить в базу данных новую запись; для корневой записи обязательно формирование значения ключа.
изменить значение данных предварительно извлеченной записи; ключевые данные не должны подвергаться изменениям.
удалить некоторую запись и все подчиненные ей записи.
извлечь извлечение записи осуществляется в порядке левостороннего обхода дерева; в операции извлечь допускается задание условий выборки^[24].

Основными достоинствами иерархической модели данных являются:

эффективное использование памяти ЭВМ;
высокая скорость выполнения основных операций над данными;
удобство работы с иерархически упорядоченной информацией;
простота при работе с небольшим объемом данных так как, иерархический принцип соподчиненности понятий является естественным для многих задач.

К недостаткам иерархической модели представления данных относятся:

громоздкость такой модели для обработки информации с достаточно сложными логическими связями;
трудность в понимании ее функционирования обычным пользователем;
трудность в применении к данным со сложной внутренней взаимосвязью;
исключительно навигационный принцип доступа к данным.

Сетевая модель данных

Одним из первых исследователей, оказавших весомое влияние на разработку и развитие сетевой модели данных, является Ч. Бахман. Он принимал участие в разработке основных принципов сетевой модели данных, которые были окончательно сформированы в середине 60-х годов прошлого века. В сборнике основных принципов сетевой модели данных описание эталонного ее варианта приводится в виде отчетов рабочей группы по языкам данных^[25].

Сетевая модель данных является родственной иерархической модели данных. При этом она представляет собой совокупность множества записей, которые могут выступать в качестве владельцев или членов групповых отношений. Необходимо отметить также наиболее существенное различие сетевой и иерархической моделей данных: в сетевой модели запись может выступать членом более чем одного группового отношения. Тогда как в иерархической модели каждая вершина обособлена от своего уровня и связана только по вертикали иерархии.

Согласно положениям о сетевой модели, каждое групповое отношение получает имя, после чего определяются различия между его типом и экземпляром. Тип группового отношения задается его именем и определяет свойства общие для всех экземпляров данного типа. Экземпляр группового отношения представляется записью–владельцем и множеством (возможно пустым) подчиненных записей. При этом имеется следующее ограничение: экземпляр записи не может быть членом двух экземпляров групповых отношений одного типа.

Каждый экземпляр группового отношения характеризуется следующими признаками:

способ упорядочения подчиненных записей:
произвольный,
хронологический /очередь/,
обратный хронологический /стек/,
сортированный^[26].

Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ упорядочивания.

режим включения подчиненных записей:
автоматический – невозможно занести в БД запись без того, чтобы она была сразу же закреплена за неким владельцем;
ручной – позволяет запомнить в БД подчиненную запись и не включать ее немедленно в экземпляр группового отношения. Эта операция позже инициируется пользователем;
режим исключения^[27].

Принято выделять три класса членства подчиненных записей в групповых отношениях:

Фиксированное. Подчиненная запись жестко связана с записью владельцем и ее можно исключить из группового отношения только удалив. При удалении записи–владельца все подчиненные записи автоматически тоже удаляются.

Обязательное. Допускается переключение подчиненной записи на другого владельца, но невозможно ее существование без владельца. Для удаления записи–владельца необходимо, чтобы она не имела подчиненных записей с обязательным членством.

Необязательное. Можно исключить запись из группового отношения, но сохранить ее в базе данных не прикрепляя к другому владельцу. При удалении записи–владельца ее подчиненные записи – необязательные члены сохраняются в базе, не участвуя более в групповом отношении такого типа.

Операции над данными.

ДОБАВИТЬ – внести запись в БД и, в зависимости от режима включения, либо включить ее в групповое отношение, где она объявлена подчиненной, либо не включать ни в какое групповое отношение.

ВКЛЮЧИТЬ В ГРУППОВОЕ ОТНОШЕНИЕ – связать существующую подчиненную запись с записью–владельцем.

ПЕРЕКЛЮЧИТЬ – связать существующую подчиненную запись с другой записью–владельцем в том же групповом отношении.

ОБНОВИТЬ – изменить значение элементов предварительно извлеченной записи.

ИЗВЛЕЧЬ – извлечь записи последовательно по значению ключа, а также используя групповые отношения – от владельца можно перейти к записям – членам, а от подчиненной записи к владельцу набора.

УДАЛИТЬ – убрать из БД запись. Если эта запись является владельцем группового отношения, то анализируется класс членства подчиненных записей. Обязательные члены должны быть предварительно исключены из группового отношения, фиксированные удалены вместе с владельцем, необязательные останутся в БД.

ИСКЛЮЧИТЬ ИЗ ГРУППОВОГО ОТНОШЕНИЯ – разорвать связь между записью–владельцем и записью–членом^[28].

Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности.

Недостатком сетевой модели данных являются высокая сложность и жесткость схемы базы данных, построенной на её основе. Поскольку логика процедуры выборки данных зависит от физической организации этих данных, то эта модель не является полностью независимой от приложения.

2.3 Реляционная модель данных

Наиболее распространенной в сегодняшней практике проектирования информационных систем является реляционная модель данных. Реляционная модель данных является совокупностью данных, которая состоит из набора двумерных таблиц^[29]. В теории множеств таблице соответствует термин отношение, физическим представлением которого является таблица, отсюда и название модели – реляционная.

В первый раз принципы реляционного подхода к представлению данных в информационных системах увидели свет в 1969-1970 годах, когда были сформулированы и публично изданы Э. Ф. Коддом в труде «A Relational Model of Data for Large Shared Data Banks»^[30].

Если сравнивать реляционную модель данных с иерархической и сетевой, то первая выгодно отличается со стороны удобства для пользователя, так как обладает большим уровнем абстракции данных. Как было сказано выше, сегодня реляционная модель представления данных представляет собой наиболее удобную и привычную, в частности – с позиции представления данных пользователю. Можно даже сказать, что реляционная модель стала неким стандартом, на который держит курс подавляющее большинство современных баз данных.