Информационно-логическое моделирование систем

Основные вопросы:

- информационные объекты;

- информационно-логическое моделирование предметной области, методология IDEF1X;

- примеры построения информационно-логических моделей;

- анализ адекватности информационно-логической модели реальному объекту;

- повышение точности и адекватности информационно-логической модели реальному объекту;

- оптимизация информационно-логической модели;

- системы автоматизации информационно-логического моделирования.

Информационно-логическая модель – это семантическая модель наиболее высокого уровня абстракции предметной области, задающая описание предметной области в виде совокупности информационных объектов (сущностей) и связей между ними. Она определяет данные, подлежащие хранению и обработке в базе данных (БД).

Сущность – это информационное описание множества однотипных объектов, процессов или явлений предметной области. Она представляется совокупностью взаимосвязанных характеристик (свойств, реквизитов), отражающих качественные и количественные характеристики элементов предметной области. Каждой сущности присваивается уникальное имя, выделяющее ее среди всех других сущностей.

Сущность может иметь множество реализаций – экземпляров. Экземпляр описывает один элемент предметной области и представляется совокупностью конкретных значений реквизитов сущности. Для идентификации каждого экземпляра в сущности выделяется один или несколько реквизитов, составляющих идентификатор данного типа объектов. Вследствие этого реквизиты сущности подразделяются на идентифицирующие и информационные, причем значения идентификатора у каждого объекта должно быть уникальным.

Если значения идентификатора являются громоздкими или неудобными для обработки, то к реквизитам сущности добавляется искусственный реквизит, выполняющий роль суррогатного ключа (например, порядковый номер, табельный номер сотрудника, некоторый уникальный код и др.). Единственная роль суррогатного ключа – идентификация каждого экземпляра сущности.

К реквизитам сущности предъявляются следующие требования:

неизбыточность реквизитов – в сущности не должны присутствовать реквизиты-дубликаты, а вторичные реквизиты, значения которых вычисляются на основе других реквизитов, должны включаться только в случае высокой сложности вычислений;

независимость идентифицирующих реквизитов – все реквизиты, входящие в составной идентификатор, должны быть взаимно независимыми;

зависимость информационных реквизитов – каждый информационный реквизит должен функционально зависеть от идентификатора, т.к. каждому значению идентификатора соответствует только одно значение информационного реквизита;

атомарность реквизитов – в качестве реквизитов целесообразно использовать характеристики, имеющие для элементов предметной области целостное семантическое значение, т.к. использование более мелких характеристик потребует выполнения дополнительных действий для получения целостных семантических значений (например, формирование номера группы из года поступления, кода специальности и номера группы на курсе), а использование более крупных характеристик, вызовет очень большие трудности в выделении из большого семантического значения некоторого частного (атомарного) значения (например, выделение фамилии или имени из ФИО, выделение населенного пункта из адреса и др.).

Процесс выделения сущностей в предметной области может производиться на основе интуитивного или формального подхода.

При интуитивном подходе легко могут быть выявлены сущности, соответствующие реальным объектам. Однако, получаемая при этом информационно-логическая модель, как правило, требует дальнейшего анализа и преобразований, т.к. при таком подходе возможны существенные ошибки. Последующая проверка выполнения требований обычно приводит к необходимости уточнения сущностей.

Другим типом элементов информационно-логической модели являются связи между сущностями. Связь отражает семантику взаимодействия между экземплярами двух сущностей и определяет характеристики взаимодействия экземпляров сущностей (количественное соответствие, обязательное или необязательное соответствие, идентифицирующее или неидентифицирующее соответствие и др.).

Семантика связи отражается в ее имени, представляемом глагольным выражением (действием) (например, учит, обучается и др.).

Количественное соответствие задает сколько экземпляров одной сущности может соответствовать экземпляру другой сущности и наоборот. По этому признаку выделяют три основных типа связи:

типа 1:1 – одному экземпляру сущности 1 может соответствовать не более 1 экземпляра сущности 2 и одному экземпляру сущности 2 может соответствовать не более одного экземпляра сущности 1;

типа 1:М – одному экземпляру сущности 1 может соответствовать несколько экземпляров сущности 2, а одному экземпляру сущности 2 может соответствовать не более одного экземпляра сущности 1;

типа М:N – одному экземпляру сущности 1 может соответствовать несколько экземпляров сущности 2 и одному экземпляру сущности 2 может соответствовать несколько экземпляров сущности 1.

Обязательное соответствие задается сплошной линией и требует обязательного присутствия экземпляра родительской сущности, на который ссылается экземпляр подчиненной сущности, а в случае удаления родительской сущности приводит к автоматическому удалению всех связанных с ним экземпляров подчиненной сущности. Необязательное соответствие задается пунктирной линией и не требует ограничений обязательного соответствия.

Идентифицирующее соответствие означает, что идентификация экземпляров подчиненной сущности осуществляется в рамках экземпляра родительской сущности. Для фиксации такого отношения идентификатор родительской сущности включается в состав идентификатора подчиненной сущности. Не идентифицирующее соответствие означает, что идентификация экземпляров подчиненной сущности осуществляется независимо от экземпляров родительской сущности, поэтому идентификатор родительской сущности включается в состав информационных реквизитов подчиненной сущности.

Информационно-логическая модель предметной области может формироваться в рамках разных семантических моделей, но наиболее распространенной является модель сущность-связь (ER-модель) предложенная Ченом и закреплена в стандарте IDEFX1.

Мощности связей между отношениями.

Необязательная неидентифицирующая связь.

Категоризация (род-вид, иерархия наследования)

Пример ER-модели.