Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный мир все в большей степени приобретает облик единого информационного пространства. Большую роль в этом процессе играет быстро развивающийся информационный бизнес. Его бурное развитие заставляет разработчиков вычислительной техники искать новые решения, которые дают возможность управлять сложными структурами данных и предоставлять пользователю доступ к ним в каждом уголке земного шара. Таким образом, информация в современном мире превратилась в один из наиболее важных ресурсов. Не являются исключением и системы автоматизированного проектирования (САПР). Разнообразие задач, решаемых с помощью САПР, привело к появлению множества разнотипных систем, но ни одна из них немыслима без использования баз данных.
Одним из основных компонентов САПР является информационное обеспечение, которое объединяет различные сложные структуры данных. Такие структуры удобно описывать в виде объектов, поэтому все большую популярность в этой отрасли стали занимать объектно-ориентрованные базы данных (ООБД). ООБД позволяют перенести в виртуальный мир объекты мира реального с минимальными потерями. Однако, проектирование ООБД является кропотливым, трудоемким и динамическим процессом. Этот процесс сместился из логической области к абстрактному уровню, где важной задачей стало конструирование корректной абстрактной модели. Для такой модели, обладающей более богатыми структурными возможностями по сравнению с реляционной моделью, требуется новый метод сокращения избыточности данных или другими словами метод нормализации схемы так как традиционные методы для неё не подходят. При этом общепризнанного метода нормализации ООБД не существует, есть только отдельные методы, представленные в различных работах, тогда как, именно наличие общепризнанных методов построения корректной схемы ООБД и визуальных инструментов для её быстрого и удобного проектирования, позволило бы сделать ООБД общедоступными и вывело бы их на новый этап развития.
Исходя из вышеизложенного возникает необходимость исследования и разработки метода и средств проектирования ООБД для САПР, которые позволили бы в полной мере раскрыть все стороны процесса нормализации ООБД. При этом важно чтобы этот метод основывался на теоретической базе, главным элементом которой является модель данных, а схема была выполнена на визуально-декларативном языке проектирования. Актуальность исследования обусловлена тем что, в настоящее время существует колоссальный разрыв между потенциалом ООБД и инструментальными средствами и методами их проектирования, которые
позволили бы сделать ООБД общедоступными и вывели бы их на новый этап развития.
Выполненные исследования опираются на результаты работ в области проектирования и нормализации объектно-ориентированных баз данных и САПР отечественных ученых В.М. Курейчика, Б.К. Лебедева, В.В. Курейчика, С.Д. Кузнецова, А.В. Замулина, М.Н. Гринева, а так же зарубежных ученых E.F. Codd, G. Jaeschke, H.J. Schek, M. Berler, J. Eastman, С Russell, T. Stanienda, T. Kvatrani, Z. Meral Ozsoyoglu, L.Y. Yuan, M.A. Roth, H.F. Korth, T.W. Ling, L.L. Yan, V.M. Markowitz, J. Rumbaugh, M. Blaha, W. Premerlani, F. Eddy, W. Lorensen, Z. Tari, J. Stokes, S. Spaccapietra, W. Ambler, A. Formica, H.D. Groger, M. Missikoff, S. Ghosh, T. Dinh-Trong и др.
Объектом исследования в работе являются методы проектирования алгоритмического, программного и информационного обеспечения объектно-ориентированных САПР.
Предмет исследования составляют методы проектирования интерпретационно пригодных схем информационных баз данных в специализированных САПР.
Цель диссертационной работы заключается в разработке формализованного метода проектирования интерпретационно пригодной схемы объектно-ориентированной базы данных для САПР.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
исследование и выявление ограничений современных объектно-ориентированных моделей данных, языков программирования, визуальных языков и методов проектирования объектно-ориентированных баз данных;
формализованное описание новой объектно-ориентированной (ОО) N-модели данных для объектно-ориентированных баз данных;
разработка нового декларативного языка для проектирования и администрирования схем объектно-ориентированных баз данных для САПР на основе объектно-ориентированной N-модели данных;
разработка нового визуального языка проектирования для визуализации схем объектно-ориентированных баз данных для САПР на основе объектно-ориентированной N-модели данных;
разработка новых алгоритмов и правил нормализации схемы объектно-ориентированной базы данных для САПР, использующих математический аппарат, визуальный и декларативный языки объектно-ориентированной N-модели данных.
Решение поставленных задач позволит повысить восприятие и сократить избыточность схемы объектно-ориентированной базы данных, а так же удовлетворить тенденции развития методов проектирования ООБД для САПР.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены и математически обоснованы с использованием аппарата
теории множеств, теории графов, теории языков программирования и оптимизации на сетях и графах.
Достоверность научных результатов подтверждена
теоретическими выкладками и результатами тестирования, а так же сравнением полученных результатов с результатами, приведенными в научной литературе.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработано формальное описание грамматики нового декларативного языка программирования и администрирования объектно-ориентированной базы данных для САПР, обладающего вычислительной полнотой и основанного на формализованной объектно-ориентированной N-модели данных;
разработан новый визуальный язык проектирования схем объектно-ориентированных баз данных, отличающийся малым количеством языковых конструкций и позволяющий строить интерпретационно пригодные схемы объектно-ориентированных баз данных для САПР на основе объектно-ориентированной N-модели данных.
разработаны новые правила и алгоритм нормализации схемы объектно-ориентированной базы данных, отличающийся простотой и позволяющий строить схемы для САПР и сокращать их избыточность, используя математический аппарат, а так же визуальный и декларативный языки объектно-ориентированной N-модели данных.
Практическая ценность работы заключается в применении результатов исследования для построения среды визуального проектирования схемы ООБД для САПР - Information Systems Developer Studio (ISDS). Использование результатов исследования позволило повысить восприятие схемы ООБД для САПР, сократило её избыточность и время разработки за счет применения нового метода проектирования и визуально-декларативного языка, основанных на формализованной объектно-ориентированной N-модели данных. Также результаты исследования снизили затраты и повысили уровень взаимодействия между аналитиками и специалистами в предметной области. Все это упростило процесс проектирования ООБД для САПР и снизило на него затраты.
Реализация результатов. Практические результаты
диссертационной работы внедрены в Северо-Кавказском филиале ОАО «Федеральная пассажирская компания» (г.Ростов-на-Дону) и в Ростовском ИВЦ структурном подразделении Главного вычислительного центра -филиала ОАО «РЖД» (г. Ростов-на-Дону).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на Молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы - 2010» и на XI Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (секция Информационные технологии и задачи связи).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, из них 7 работ в изданиях, входящих в «Перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской федерации», утвержденный ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех тематических глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем основного текста - 165 страниц, включая 41 рисунок. Список литературы изложен на 10 страницах и содержит 104 наименований.
