Тема 7. Фактографические системы Цель и задачи: Рассмотреть основные виды фактографических информационных систем, их назначение и возможности, а также способы представление данных и программные средства реализации фактографических ИС. Вопросы темы:1. Обзор основных видов фактографических ИС.2. Предметная область.3. Концептуальные средства описания.4. Модель сущность-связь.5. Представление данных в памяти ЭВМ.6. Программные средства реализации фактографических ИС. Вопрос 1. Обзор основных видов фактографических ИС. Фактографические информационные системы – это самый большой класс автоматизированных информационных систем.Фактографические информационные системы работают с данными (фактическими сведениями), представленными специальным образом, в виде организованных совокупностей формализованных записей данных. Центральное звено фактографических информационных систем – база данных и система управления базами данных.Фактографические информационные системы подразделяются на следующие классы:1. Фактографические информационно-поисковые системы используются для реализации справочных функций.2. Фактографические системы обработки данных используются для специального класса задач, связанных с вводом, хранением, сортировкой, отбором и группировкой записей данных однородной структуры. Задачи этого класса решаются при учете товаров в магазинах и на складах, начислении зарплаты, управлении производством, финансами, телекоммуникациями. Фактографические информационно-поисковые системы используются для реализации поиска информации в системах структурированных данных. В фактографических информационно-поисковых системах хранятся не документы, а собственно сведения (факты) об объектах предметной области.Подобные ИПС реализуются, в частности, на основе реляционных баз данных. Методы информационного поиска в данных системах находятся по набору признаков, например, заданному SQL-выражением. С точки зрения обеспечения релевантности результатов поиска (выборки данных) запросу, фактографический поиск в отличие от документального является точным и полным.
Фактографические системы обработки данных бывают двух типов:
1. Системы оперативной обработки транзакций (англ. On-Line Transaction Processing, OLTP) подразумевают быстрое обслуживание большого числа достаточно простых запросов. Системы используются для повседневной работы с данными, например, продажа товаров и выписка счетов и т.д. Эти системы подвержены постоянным изменениям в процессе работы пользователей, являются источником данных для систем аналитической обработки данных.
2. Системы аналитической обработки данных (англ. On-Line Analytical Processing, OLAP) ориентированы на выполнение сложных запросов, требующих предварительной аналитической обработки данных. Для хранения предварительно обработанных данных используются специальные хранилища данных (англ. Data Warehouse). Хранилище данных относительно стабильно, данные в нем обычно пополняются по расписанию, например, в зависимости от потребностей еженедельно, ежедневно, ежечасно. Использование хранилищ данных позволяет в дальнейшем достаточно быстро (обычно не более 5 секунд) извлекать данные для последующей аналитической обработки. Данные системы часто используются как системы поддержки принятия решений для обеспечения аналитиков информацией, для проведения статистической обработки исторических (накопленных за некоторый промежуток времени) данных, моделирования процессов предметной области, прогнозирования развития этих процессов.
Вопрос 2. Предметная область.
Каждая информационная система в зависимости от назначения имеет дело с той или иной частью конкретного мира, которую принято называть предметной областью.
Предметная область – это часть реального мира, представляющая интерес для данного исследования.
Анализ предметной области является начальным необходимым этапом разработки любой информационной системы. Именно на этом этапе определяются информационные потребности всей совокупности пользователей будущей системы, которые, в свою очередь, предопределяют содержание ее базы данных. Предметная область конкретной информационной системы рассматривается, прежде всего, как некоторая совокупность реальных объектов, которые представляют интерес для пользователей.
Объектом называется явление, предмет, на который направлена чья-нибудь деятельность, чьё-нибудь внимание. Это либо нечто реально существующее, например, фирма, товар, изделие и др., либо процесс, например, учет платежей, получение товаров, выпуск изделий.
Информационный объект – это описание некоторой сущности предметной области, т.е. реального объекта, процесса, явления или события.Каждый объект обладает набором свойств (атрибутов). Так, например, объект «фирма» обладает свойствами: название, номер государственной налоговой инспекции, адрес, руководитель; объект «товар» обладает свойствами: категория товара, наименование товара, дата поставки.Информационный объект (сущность) образуется совокупностью логически взаимосвязанных атрибутов (свойств), представляющих собой качественные и количественные характеристики объекта (сущности).Между объектами существуют многочисленные связи. Например, фирма покупает (продает) товар. Товар покупается (продается) фирмой.Совокупность объектов предметной области и связей между ними характеризует структуру предметной области.Множество объектов предметной области, значения атрибутов объектов и связи между ними могут изменяться во времени. Зафиксированные во времени цепочки этих изменений называются траекториями предметной области, а совокупность общих свойств траекторий – семантикой предметной области.Для описания предметной области могут быть использованы следующие основные подходы:1. Функциональный подход – он реализует принцип движения «от задач» и применяется тогда, когда заранее известны функции некоторой группы лиц и комплексов задач, для обслуживания информационных потребностей которых создается рассматриваемая БД. В этом случае мы можем четко выделить минимальный необходимый набор объектов предметной области, которые должны быть описаны.2. Предметный подход – когда информационные потребности будущих пользователей БД жестко не фиксируются. Они могут быть многоаспектными и весьма динамичными. Мы не можем точно выделить минимальный набор объектов предметной области, которые необходимо описывать. В описание предметной области в этом случае включаются такие объекты и взаимосвязи, которые наиболее характерны и наиболее существенны для нее. БД, конструируемая при этом, называется предметной, то есть она может быть использована при решении множества разнообразных, заранее не определенных задач.Конструирование предметной БД в некотором смысле кажется гораздо более заманчивым, однако трудность всеобщего охвата предметной области с невозможностью конкретизации потребностей пользователей может привести к избыточно сложной схеме БД, которая для конкретных задач будет неэффективной.
3. Смешанный (предметно-функциональный) подход – используется чаще всего на практике. С одной стороны, он ориентирован на конкретные задачи или функциональные потребности пользователей, а с другой стороны, учитывает возможность наращивания новых приложений. Вопрос 3. Концептуальные средства описания. Для описания предметной области в принципе можно использовать и естественный язык, но к сожалению, это приводит к громоздкости описания и неоднозначности словесной трактовки. Для того чтобы этого избежать, для описания предметной области используют средства концептуального моделирования.Концептуальное моделирование – это переход от неформализованного описания предметной области к ее формальному изложению с помощью специальных языковых средств.Цель процесса концептуального моделирования состоит в том, чтобы разработчики информационной системы могли получить от специалистов по проблемной области информацию о рассматриваемой предметной области до такой степени детализации, чтобы иметь возможность спроектировать информационную систему и базу данных.Основными компонентами концептуальной модели предметной области являются:1) описание объектов предметной области и связей между ними;2) описание информационных потребностей пользователей;3) описание существующей информационной системы (документы, документооборот), при наличии автоматизированной информационной системы, ее описание;4) описание алгоритмических зависимостей показателей;5) описание ограничений целостности;6) описание функциональной структуры системы, для которой создается информационная система;7) требования к информационной системе и существующие ограничения;8) лингвистические отношения. Имеется целый ряд методик создания концептуальных моделей. Чаще всего для описания концептуальных моделей описания объектов предметной области и связей между ними представляется в виде так называемой ER-модели. При разработке концептуальной модели основные усилия разработчиков должны быть направлены на структуризацию данных будущей информационной системы и выявление взаимосвязей между ними.Основные требования, предъявляемые к концептуальной модели:
адекватное отображение предметной области (модель должна содержать всю необходимую информацию для дальнейшего проектирования системы); непротиворечивость; однозначная трактовка модели всеми ее пользователями; легкость восприятия разными категориями пользователей; конечность модели (четкое ограничение предметной области); легкость модификации; возможность композиции и декомпозиции модели. К языковым средствам предъявляются следующие требования: универсальность – язык для представления модели должен обладать достаточными выразительными возможностями для отображения явлений, имеющих место в предметной области (адекватное отображение предметной области); точность и структурированность языковых средств – обеспечивается формализованностью языка; однозначность трактовки – четкое понимание всеми участниками информационного процесса создания информационной системы; легкость восприятия – язык должен достаточно просто интерпретироваться людьми; обеспечивать возможность применения ЭВМ – язык спецификации концептуальной модели должен быть одинаковым как при ручном, так и при автоматизированном проектировании информационных систем; быть вычисляемыми, т.е. восприниматься и обрабатываться на ЭВМ; интерфейсы должны быть «дружелюбными» пользователю, например, графические; быть независимым от оборудования и других ресурсов, которые подвержены частым изменениям; использовать средства тестирования концептуального моделирования, а также иметь аппарат для указания того, что спецификация завершена и может быть выполнена генерация структуры базы данных. Концептуальная модель является средством коммуникации разнообразных коллективов как конечных пользователей, так и разработчиков. Вопрос 4. Модель сущность – связь. Одна из наиболее популярных в настоящее время методик, используемая при разработке концептуальной модели, – это ER-модель или ER-диаграмма (англ. Entity-Relationship Diagrams). В русскоязычной литературе эти диаграммы называют «объект – отношение» либо «сущность – связь».ER-модель была предложена Питером Пин Шен Ченом в 1976 г. К настоящему времени разработано несколько ее разновидностей, но все они базируются на графических диаграммах, предложенных Ченом. Диаграммы конструируются из небольшого числа компонентов. Благодаря наглядности представления они широко используются в CASE-средствах (