Динамическая информационная модель DIM. Проблемы реализации входных форм Юсупов, Андрей Рашидович

Введение к работе

Актуальность проблемы

Современные технологии накопления, хранения и переработки информации, позволяющие хранить информацию в так называемых базах данных, являются одним из самых мощных способов представления информации о реальном мире. Их мощь определяется программными продуктами, называемыми системами управления базами данных (СУБД). Архитектура последних весьма разнообразна, но в настоящее время базируется в своей основе на одной моделей: реляционной и объектно-ориентированной'.

Реляционная модель, введенная Э.Коддом² и получившая широкое развитие, позволяет описывать любые системы связанных между собой данных. Базирующаяся на простом понятии отношения данных и многократно его использующая (таблицы как простейшие отношения данных, отношения между таблицами как способ получения любых сложных структур данных) эта модель получила сильное развитие благодаря введению реляционной алгебры, основанной на известной связи алгебры множеств и алгебры логики (предикатов).

Наряду с рядом достоинств реляционная модель обладает и недостатками:

1. Реляционная база данных, представляющая собой некоторую сложную предметную область, состоит из огромного числа таблиц, связанных между собой весьма сложным образом. Разработчику программного обеспечения, которое должно обрабатывать данные из этих таблиц, приходиться проектировать свою задачу не в терминах предметной области (само по себе достаточно сложной), а в терминах огромного числа плоских реляционных таблиц (что может быть на порядок более сложно).

2. Программное обеспечение, разработанное для реляционной базы данных, обычно оказывается жестко завязанным на структуру реляционных таблиц. Если в дальнейшем будет принято реше-

¹ Гарсиа-Молина Г., Ульман Дж.Д., Уицом Дж. Системы баз данных. Полный курс // изд. "Вильяме", 2003

²Codd E.F. A relational model for large shared data banks // CommACM, 13:6 (1970), p.377-387

Codd E.F. Further normalization of the database relational model, in Database Systems (R.Rustin, ed.) II Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. 1972

³ _{'. языА}

ниє изменить структуру таблиц, то все программное обеспечение, разработанное для прежней структуры таблиц, придется изменять.

Из этих недостатков вытекает трудность проектирования сложных систем, и это вынудило разработчиков СУБД искать подход, связанный с возможностью описывать объекты.

Объектно-ориентированный подход³ позволил повысить уровень манипуляции данными. Сам подход базируется на концепциях объекта и идентификатора объекта, атрибутов и методов, классов, иерархии и наследования классов. Специфика применения объектно-ориентированного подхода в области баз данных потребовала уточнения и некоторого расширения классических концепций. Документом, определившим направления развития ООБД, явился «Манифест систем объектно-ориентированных баз данных»⁴. Наибольшее же развитие этот подход получил в модели ODMG⁵.

Наряду с достоинствами этой модели такие недостатки как сложность использования языка манипулирования данными; отсутствие средств поддержания целостности; трудность описания отношений, в которых участвуют более двух объектов; трудности изменения данных при их избыточности; плохая совместимость с реляционной парадигмой (и возможно другие недостатки объектно-ориентировднных СУБД) привели их «на грань полного краха», как отмечено в уже упоминавшейся книге Гарсиа-Молины «Системы баз данных».

Возникшие обстоятельства привели к построению других объектных систем, совмещающих реляционную и объектную идею⁶. Сторонники этого подхода придерживаются принципа эволюционного развития возможностей СУБД без коренной ломки традиционных принципов и с сохранением преемственности с системами предыдущего поколения.

Основное содержание «Манифеста систем баз данных третьего по-

³Ким В. Технология объекгно-ориенгированньк баз данных. // Открытые системы. 1994. N 4. С. 30-42.

⁴Аткинсон М. и др. Манифест систем объекгно-ориенгированньк баз данных // СУБД. 1995. N 4. С. 142-155.

⁵Cattell R.G.G., Barry D.K. The Object Data Standard: ODMG 3.0 // Moigan Kaufmann Publishers, San-Francisco, 2001

Калиниченко Л.А. Стандарт систем управления объектными базами данных ODMG-93: краткий обзор и оценка состояния. // СУБД. 1996. N 1. С. 102-109.

⁶Стоуггбрейкер М. Объектно-реляционные системы баз данных. // Открытые системы. 1994. N 4. С. 43-49.

коления»⁷ сводится к трем принципам, определяющим понятие «СУБД третьего поколения», и тринадцати предложениям, которым должна удовлетворять подобная система. Однако этот подход в первоначальном виде, по-видимому, также не свободен от недостатков и был подвергнут критике. В результате многолетних исследований, проведенных К.Дж. Дейтом и X. Дарвеном, ими выработаны «Основы будущих систем баз данных»⁸. Эта работа в качестве основы сохраняет реляционный подход и с этой точки зрения подвергает основательной критике другие неаккуратные в сохранении реляционности подходы.

Недостатки этой модели таковы: видимость объектно-ориентированного подхода (нет инкапсуляции, не поддерживается полиморфизм), незамкнутость языка запросов (если на входе объект или объекты, то на выходе это уже не так). Все вышесказанное позволяет заключить, что СУБД данного класса на самом деле объектно-ориентированными не являются. Косвенное подтверждение вышесказанного заключается в том, что, предлагая объектно-реляционные СУБД, их создатели не предлагают адекватной методологии.

Итак, все рассматриваемые модели построения системы базы данных обладают как достоинствами, так и недостатками. К тому же во всех этих построениях весьма мало внимания уделяют развитию динамики объектов. Хотя в некоторых статьях⁹ авторы пытались расширить эти модели с помощью разнообразных способов добавления функциональности к различным системам с помощью программных надстроек, но реализация интерфейса практически всегда получалась сложной и запутанной для пользователя, а потому практически неприменима для решения общего круга задач. И практически все имеющиеся объектные и объектно-реляционные модели СУБД основаны на неизменности типа объекта. Но практика показывает, что довольно часто тип объекта приходится переопределять либо еще в процессе разра-

'Дарвин X., Дейт К. Третий манифест // СУБД. 1996. N 1. С. 110-123

⁸Date C.J., Darwen Н. Foundation for Future Database Systems: The Third Manifesto. Second Edition

'M. Dumas, C. Daassi, M.-C. Fauvet, L. Nigay. Pointwise Temporal Object Database Browsing. K.R.Dittrich et al. (Eds.): Object and Database 2000, LNCS 1944, pp. 170-184, 2001.

M. Dumas, M.-C. Fauvet, and P.-C. Scholl. TEMPOS: A Temporal Database Model Seamlessly Extending ODMG. Research report 1013-I-LSR-7, LSR- IMAG, Grenoble (France), March 1999.

S. Fernandes, U. Schiel, and T. Catarci. Visual query operators for temporal databases. In Proc. ofthe 4th Int. Workshop on Temporal Representation and Reasoning (TIME), May 1997.

ботки приложений (это хотя критичным и не является, но все-таки создает проблемы), либо уже в процессе эксплуатации (что уже является критичным). Поэтому многие пользователи подобных продуктов вынуждены либо заказывать изменения (возможно, неоднократные) этого продукта у производителя, либо пытаться внести изменения самим (если имеются исходные тексты, документация и возможности для этого). А если этого сделать нельзя (поставщик продукта может быть не заинтересован в изменении своего продукта под требования заказчика или нельзя самим произвести такие изменения), то в этом случае пользователь вынужден мириться с тем, что его не устраивает, и в дальнейшем может просто прекратить использование данного продукта.

Разработке концепций и обоснованию модели, отражающей возможности гибкого изменения типов объектов и методов их обработки, моделирования процессов динамического изменения данных и использования объектного языка запросов, а также решению возникающих проблем манипулирования данными в этой модели посвящена данная работа. В этом ее актуальность.

Методы исследования

В диссертационной работе были использованы идеи введения базовых отношений между классами как множествами объектов и между объектами, а также идеи построения объектного языка запросов.

Обоснование полноты полученной системы и объектного языка для нее получено аналитическими методами.

Цели работы

3. построение новой концепции динамической информационной модели отражающей возможность гибкого изменения типов объектов и методов их обработки, возможность моделирования процессов динамического изменения данных, возможность использования объектного языка запросов;

4. обоснование этой концепции;

5. решение проблем реализации новой модели.

Научная новизна работы

1) выделены базовые и дополнительные отношения между класса-

ми объектов (наследования, включения, идентификации, выбора, истории, взаимодействия), введены аналогичные отношения для объектов;

2. на основании базовых отношений введено новое определение типа объектов;

3. обоснована полнота введенной системы классов и объектов для описания любых динамических детерминированных систем;

4. разработан объектно-динамический язык запросов для манипулирования данными системы и обоснована его полнота для выделения любого набора свойств любого связанного отношениями множества объектов;

5. выделено отношение взаимодействия объектов как основы для доступа и изменения данных.

Положения, которые выносятся на защиту

1. предложена концепция новой модели данных DIM, устойчивой к изменению типов данных; выделены базовые отношения объектов и классов; введено новое определение типа данных;

2. обоснована полнота этой модели с точки зрения реализации любых динамических детерминированных систем;

3. предложен новый объектно-динамический язык запросов ODQL для DIM;

4. обоснована полнота языка ODQL с точки зрения получения любых наборов свойств любой совокупности связанных базовыми отношениями объектов;

5. предложен новый способ взаимодействия пользователя с системой, при котором пользователь и задача включаются как объекты в систему и используются отношения взаимодействия объектов;

Практическая ценность работы

1) разработан подход и реализация системы с помощью «гибких таблиц»;

2. разработан транслятор объектно-динамического языка запросов;

3. создан навигатор объектов;

4. разработана система автоматической генерации входных форм для взаимодействия с пользователем;

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях:

1. "Проблемы теоретической кибернетики", XIII Международная конференция (Казань), Москва, 2002;

2. "V International Congress on Mathematical Modelling". Дубна, 2002;

3. "Дискретные модели в теории управляющих систем", V Международная конференция, Ратмино, 2003;

4. Восьмой международный семинар "Дискретная математика и ее приложения", Москва, МГУ, 2004.

Публикации и вклад автора

Материалы диссертации опубликованы в 10 печатных работах: 5 статьях и 5 тезисах докладов.

Структура и объем диссертации

Похожие диссертации на Динамическая информационная модель DIM. Проблемы реализации входных форм

Морфологическое сравнение изображений гибких объектов на основе циркулярных моделей при биометрической идентификации личности по форме ладониБакина, Ирина Геннадьевна

Математические модели систем с разделением времениЯшков Сергей Федорович

Взаимодействия динамической информационной модели DIM: концепции и реализацияПисаренко Дмитрий Сергеевич

Методика прогнозирования техногенных рисков и ее реализация с использованием интернет-технологииНистратов, Андрей Андреевич

Разработка и реализация численных моделей для технологического анализа сопряженных гидродинамических и тепловых процессов при заполнении литейной формы Луковников Дмитрий Александрович

Инновационные формы и методы реализации процесса управления образовательной деятельностью вузаЗадорожняя Елена Константиновна

Дилатометрические и структурные изменения при реализации обратимого и необратимого эффектов запоминания формы в термически и термомеханически обработанных сплавах на основе Ti-NiЛагунова, Маргарита Игоревна

Разработка и реализация импульсного способа контактной кондуктометрии с треугольной формой питающего напряженияКагиров, Артур Геннадьевич

Разработка и программная реализация эффективных дискретных алгоритмов минимизации булевых функций в классе полиномиальных нормальных форм с фиксированной полярностьюАкинин, Андрей Александрович

Совершенствование технических средств для реализации энерговлагосберегающей технологии возделывания озимой пшеницы в условиях недостаточного увлажнения почвыКравченко Игорь Георгиевич