Введение к работе
:
Актуальность работы. В настоящее время огромное количество приложений требует поддержки сложных типов данных и оптимальной организации данных. При этом большое значение имеет учет семантических свойств используемых данных. Упорядоченность, как один из аспектов семантики данных, играет большую роль в обеспечении эффективного функционирования автоматизированных информационных систем. Во многих прикладных задачах упорядоченность имеет существенное значение для ускорения поиска и удобства анализа информации. К таким задачам, относят, например, формирование на основе последовательности данных разнообразной отчетной документации, системы управления проектами требуют анализа приоритетных списков задач, традиционные бизнес-системы (системы управления предприятием, управления ресурсами, кадровый учет и т.п.) широко используют последовательности определенных данных, упорядоченные по некоторым критериям.
Важной проблемой является то, что во многих прикладных областях, когда требуется учитывать специфику хранимых данных (например, такое естественное свойство данных как упорядоченность), модели данных, в частности реляционная модель, используется главным образом для обеспечения хранения данных, а большая часть логики, связанной с предметной областью, не рассматривается в модели.
Добавление поддержки упорядоченности данных, хранящихся в базе данных, может привести к значительному повышению производительности и приобретению преимуществ управления для многих приложений.
В тоже время, обеспечение упорядоченности — серьезная проблема реализации.,На практике большинство моделей данных, поддерживаемых коммерческими системами, предусматривают главным образом, так называемую внутреннюю упорядоченность данных, которая тесно связана со структурами баз данных. Соблюдение внутренней упорядоченности не вызывает трудностей. Контроль же явной упорядоченности (упорядоченность, расширяющая возможности логического представления данных) обычно связан с проверкой значений множества данных.
Анализ такого семантического свойства моделей данных, как упорядоченность, показал, что существующие модели данных ограничены в средствах поддержки последовательности данных. Для этого требуется модель данных,
которая в наиболее естественной форме выражает как структуру отдельных объектов, так и отношения между ними. При этом модель данных должна отражать не только статические отношения между объектами, но и поведение и ограничения, которые на них накладываются. Этому требованию наиболее со-ответствует доменно-ориентированная модель данных.
Домсшю-ориентированная модель данных является развитием объектно-ориентированного подхода к проектированию баз данных и предложена ВМ. Линьковым. В данной модели используется положение, сходное с суррогатными ключами расширенной реляционной модели Кодда или объектными идентификаторами сущности (в контексте доменно-ориентированной БД - идентификаторы сущности).
Доменно-ориентированиая модель характеризуется:
наличием доменов;
связанной с доменами нумерацией (применение нумераций заключается в использовании номера в качестве внутреннего ключа);
наличием механизма идентификации сущностей (нумерация является функцией генерации уникальных номеров для элементов домена) j
использованием нумераций для предоставления связей между сущностями и значениями атрибутов (номер выполняет не только роль уникального идентификатора, но и содержит информацию о связи с другими объектами).
Домеїшс-ориентнрованная база данных представляет собой множество взаимосвязанных и определенным образом взаимодействующих друг с другом доменов. Домены реализуются в виде отдельных программных компонентов, обладающих определенным интерфейсом для взаимодействия с пользователями, пользовательскими приложениями и другими доменами. Каждый домен предназначен для манипулирования некоторой семантически однородной информацией и включает в себя множество однотипных данных, т.е. элементов. Любой элемент домена снабжается уникальным числовым идентификатором (внутренним системным номером), который остается неизменным в течение всего времени существования элемента. Интерфейс домена содержит операции, предназначенные для управления элементами домена и доменом в целом.
Таким образом, интегрируя в себе данные, описание данных (метаданные) и функции управления данными, домен имеет возможность осуществлять детальный учет семантических свойств не только отдельных объектов предметной области, но и различных их совокупностей, в том числе упорядоченных по-
следовательностей данных. " .
Следовательно, возникает необходимость в развитии доменно-ориентированной модели данных для учета такого естественного семантического свойства данных как упорядоченность.
Кроме того, представление домена в виде отдельной самостоятельной программное единицы позволяет широко использовать компонентные методы разработки программного обеспечения при создании доменно-ориентированных систем обработки данных, что, в свою очередь, дает возможность создавать открытые информационные системы. В диссертационной работе предлагается инкапсулировать в системный компонент - домен механизмы поддержки упорядоченности в виде компонентных методов, основанных на представлении элемента как упорядоченной совокупности однотипных объектов. Предлагаемый подход к проектированию информационных систем позволяет реализовать разработчикам доменов оригинальные механизмы управления упорядоченностью,' специфичные для конкретной предметной области, за счет реализации адекватных структур данных, что в дальнейшем упрощает проектирование и разработку домен но-ориентированных систем, поддерживающих упорядоченность данных. В работе проводятся исследования доменно-ориентированной модели данных связанные с учетом упорядоченности данных, предназначенной для построения систем управления данными.
Объектом исследования является организация обработки упорядоченных структур данных в доменно-ориентированных базах данных с учетом семантики предметной области.
Предметом исследования является модель реализации семантических свойств упорядоченных структур данных в доменно-ориентированных системах управления базами данных.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование упорядоченности данных в доменно-ориентированных информационных системах, определение операций над последовательностями, которые позволят специфицировать возможные преобразования над упорядоченными данным, разработка алгебраического языка манипулирования данными и разработка подхода к реализации операций над упорядоченными данными в доменно-ориентированной системе управления данными.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.
-
Анализ существующих механизмов поддержки упорядоченности данных в моделях данных.
-
Разработка модели данных упорядоченного множества элементов на основе доменно-ориентированного подхода. .
-
Исследование семантики операций над линейно и частично упорядоченными данными. '
4} Разработка модели навигации для доменно-орнентированных информационных систем.
-
Разработка описания упорядоченности данных в доменно-ориентированной системе.
-
Разработка подхода к проектированию доменно-ориентированшлх информационных систем, поддерживающих упорядоченность данных.
Методы исследования. В процессе исследования использовались положения теории множеств, математической логики, дискретной математики, теоретических основ информатики и теории баз данных.
Научная новизна.
-
Разработана модель данных упорядоченного множества элементов на основе домеїщо-ориентированного подхода, позволяющая, в отличие от традиционных моделей данных, учесть упорядоченность данных с целью их эффективного представления и управления.
-
Исследование семантики операций над линейно и частично упорядоченными данными позволило разработать набор операций над последовательностями, учитывающий свойство упорядоченности данных.
-
Разработана модель навигации в доменно-ориентированной системе управленій данными, на основе которой предложены общие операции выбора направления движения среди упорядоченных данных.
-
Разработано описание упорядоченности данных в доменно-ориентированной системе, обеспечивающее независимость прикладных программ от изменения упорядоченности данных, что открывает возможность разработки оригинальных механизмов представленій упорядоченности данных.
-
В рамках предложенной модели разработан подход к проектированию домстю-ориентированных информационных систем, обеспечивающий в спроектированной системе поддержку упорядоченности и сокращение времени доступа к хранимой информации.
Теоретическая ценность. Предложена модель данных упорядоченного множества элементов на основе доменно-ориентированного подхода и набор операций, сохраняющих упорядоченность данных, что позволило учесть такое важное семантическое свойство, как упорядоченность.
Практическая ценность. Разработанный подход к проектированию доменно-ориентированных информационных систем использовался при создании доменов, поддерживающих упорядоченность данных, в рамках подсистемы учета кадров, входящей в интегрированную автоматизированную информационную систему управления образовательным учреждением и проведенная оценка времени доступа к хранимой информации показала ее сокращение примерно в три раза.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Доменно-ориентированная модель данных упорядоченного множества элементов.
-
Операции над линейно и частично упорядоченными данными.
-
Модель навигации для доменно-ориентированных информациошгах систем.
-
Описание упорядоченности данных в доменно-ориентированной системе.
-
Подход к проектированию доменно-ориентированных информационных систем, поддерживающих упорядоченность.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались:
- на 11,111,1V,V Всероссийских научно-технических конференциях "Проблемы информатики в образовании, управлении и технике" (г. Пенза, 2002, 2003,2004,2005);
і- на международной научно-методической конференции "Компьютеризация обучения и проблемы гуманизации образования в техническом вузе" (г. Пенза, 2003).
Реализация работы. Основные результаты, изложешіие в диссертационной работе, использованы в НИР, проводимой в рамках гранта "Создание интегрированной автоматизированной информационной системы управления образовательным учреждением " за № З/ГК-1701 от 15 октября 2002 г, предоставлен Министерством образования РФ; в фундаментальной НИР по тематическому плану «Исследование алгебраических логико-комбинаторных методов в
задачах информационного моделирования» по заданию Федерального агентства по образованию РФ, 2006 г.
Результаты работы внедрены в интегрированную автоматизированную информационную систему управления образовательным учреждением (документы о внедрении приведены в приложении).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах автора (в том числе в журнале, рекомендованном ВАК России).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введення, трех глав, заключения и списка литературы из 61 наименования. Работа содержит 113 страниц текста, 22 рисунка, 7 страниц библиографии, 1 приложение.
