Что называется инфологической моделью

Инфологическая модель базы данных. Основные виды моделей.

Основой базы данных является модель данных. Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает предметную область в виде совокупности информационных объектов и их структурных связей.

Информационный объект – это описание некоторой сущности (явления, реального объекта, процесса) в виде совокупности логически связанных реквизитов. Например, информационный объект Студент описывает некоторую сущность – студент. Реквизитный состав этого информационного объекта, т.е. его структура, следующий: № группы. ФИО, № зачетной книжки, Дата рождения. Информационный объект имеет множество реализаций – экземпляров.

Пример инфологической модели:

В инфологической модели объекты могут быть связаны друг с другом. Существуют следующие типы информационных связей:

Связь один к одному предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует только один экземпляр второго информационного объекта и наоборот. Графически такая связь изображается следующим образом:

Связь один ко многим предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует несколько экземпляров второго объекта. Графически эта связь отображается так:

Связь многие ко многим предполагает, что одному экземпляру первого информационного объекта соответствует несколько экземпляров второго объекта и наоборот. Графическое изображение этой связи:

Различают модели данных трех типов:

Иерархическая (древовидная) модель данных представляет собой иерархию элементов, называемых узлами. Узел – это совокупность атрибутов данных, описывающих информационный объект. На самом верхнем уровне имеется только один узел – корень. Каждый узел кроме корня связан только с одним узлом на более высоком уровне, называемым исходным узлом для данного узла. Каждый узел может быть связан с одним или несколькими узлами более низкого уровня, называемыми порожденными (подчиненными). Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один путь.

Сетевая модель также основывается на понятиях узел, уровень, связь. Сетевая модель данных – это модель, в которой порожденный узел может иметь более одного исходного узла. В сетевой структуре любой элемент любого уровня может быть связан с любым другим элементом.

— каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных;

— элементы одного столбца однородны;

— каждый столбец имеет уникальное имя;

— таблица не содержит двух и более одинаковых строк;

— порядок следования строк и столбцов произвольный.

Такие таблицы называются реляционными. Данные могут извлекаться одновременно из нескольких таблиц. Это оказывается возможным, если установить между таблицами связи. Таблицы связываются между собой для того, чтобы, в конечном счете, уменьшить объем БД. Связь каждой пары таблиц обеспечивается при наличии в них одинаковых столбцов.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 2568 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Инфологическая модель данных «сущность-связь». Основные понятия

Вы будете перенаправлены на Автор24

Инфологическое моделирование выполняется с целью обеспечения самых естественных для человека способов представления и сбора информации, которая будет храниться в создаваемой БД. Поэтому инфологическая модель данных»>данных строится в соответствии с естественным языком, который не возможно использовать в чистом виде в виду сложности обработки текстов с помощью компьютера и неоднозначности естественного языка.

Основные конструктивные элементы инфологической модели – это сущности, связи между сущностями и их атрибуты (свойства).

Инфологическая модель данных «сущность-связь»

Сущностью является любой объект, предмет, идея, событие, явление или факт, информация о котором должна храниться в БД.

В роли сущностей могут выступать изобретения, гроза, женитьба, цвет, вкус, рейсы, самолеты, места, люди и т.п.

Различают понятия экземпляр сущности и тип сущности.

Тип сущности определяет набор однородных идей, событий, предметов или личностей, которые выступают как целое.

Экземпляр сущности определяет конкретную вещь в наборе.

Например, ГОРОД может являться типом сущности, а Кишинев, Одесса – экземпляром сущности.

Атрибут является поименованной характеристикой (свойством) сущности.

Т.е. атрибутом является любая деталь, служащая для выражения состояния, числовой характеристики, классификации, идентификации или уточнения сущности.

Готовые работы на аналогичную тему

Для конкретного типа сущности наименование атрибута должно быть уникальным, но для разного типа сущностей может быть одинаковым.

Например, атрибут ЦВЕТ может определяться для многих сущностей: ДЫМ, АВТОМОБИЛЬ, СОБАКА и т.д.

Атрибуты используют, чтобы определить информацию, которая должна быть собрана о сущности.

Примеры атрибутов для сущности СОБАКА – ПОРОДА, ЦВЕТ, ВОЗРАСТ, КЛИЧКА и т.д.

Имеет место также разница между экземпляром и типом. У типа атрибута ПОРОДА есть много значений или экземпляров (Овчарка, Колли, Дог, Пекинес и т.д.), но каждый экземпляр сущности имеет лишь одно значение атрибута.

Кардинальная разница между атрибутами и типами сущностей отсутствует. Атрибут является атрибутом лишь в связи с типом сущности. В другом понимании атрибут может быть самостоятельной сущностью.

Ключ является минимальным набором атрибутов, значения которых однозначно определяют необходимый экземпляр сущности.

Минимальный набор означает, что при удалении из набора любого атрибута невозможно по тем атрибутам, которые остались, идентифицировать сущность.

Связь ассоциирует две или больше сущности.

Абсолютного различия между связями и типами сущностей не существует. Один и тот же факт можно совершенно правдиво рассматривать или как связь, или как сущность.

К примеру, при запросе «с кем вступил в брак Дмитрий Хазанов» брак является связью, а при запросе «сколько браков зарегистрировалось в данном ЗАГСе в нынешнем году» брак является сущностью.

Если бы база данных предназначалась лишь для хранения отдельных данных, которые не связаны между собой, то структура такой базы была бы слишком простой.

Но одним из основных требований к организации базы данных является обеспечение возможности нахождения одних сущностей по значениям других, а для этого необходимо установление между ними определенных связей. В практической деятельности базы данных зачастую содержат более сотен или даже тысяч сущностей, поэтому теоретически между ними можно установить больше миллиона связей. Наличием такого большого количества связей и определяется сложность инфологических моделей.

Источник

Что называется инфологической моделью

В деловой или личной сфере часто приходится работать с данными из различных источников, каждый из которых связан с определенным видом деятельности. В настоящее время благодаря огромным возможностям компьютеров, которые связаны с хранением и обработкой больших массивов информации компьютер применяется для решения широкого круга задач буквально во всех сферах человеческой деятельности. Одновременно с развитием компьютерной техники развивалась и теория баз данных (БД), которые представляют собой наборы взаимосвязанных данных о некоторой предметной области. Такие наборы имеют определенную структуру и постоянно хранятся в памяти компьютера.

В результате развития концепций БД выделены три уровня представления информации: инфологический, даталогический и физический. На каждом уровне проводится структуризация информации таким образом, чтобы на третьем уровне информация могла быть представлена в виде структур данных, реализуемых в памяти ЭВМ. На инфологическом уровне определяется какая информация о предметной области будет хранится и обрабатываться в компьютере, а в результате исследования предметной области строится ее инфологическая модель, которая описывается в терминах классов объектов и их взаимодействий. В инфологической модели информация представляется вне зависимости от того, что представляют собой данные и какие технические средства будут использовании в дальнейшем для ее хранения и обработки. Даталогическая и физическая модели непосредственно реализуются в системах управления БД (СУБД), а физическая модель в свою очередь определяет структуру хранения данных на физических носителях. Цель инфологического проектирования заключается в представлении семантики (смысла) предметной области. Для описания предметной области наиболее часто используется модель “сущность–связь”, которую сокращенно называют ER–моделью от английского названия “Entity – Relationship” (“Сущность – связь”). ER–диаграмма модели имеет лексикографическую структуру и включает в себя текст и элементы графики. На практике инфологическая (семантическая) модель используется на первой стадии проектирования БД. При этом в терминах ER–модели описывается концептуальная (понятийная) схема БД, которая затем преобразуется к реляционной или другой схеме. ER–модели получили распространение в CASE–системах, поддерживающих проектирование реляционных БД [1–3]. Следует отметить, что при подготовке учителей и студентов инженерных специальностей высших учебных заведений следует выделять ключевые понятия теории БД и применять их при проектировании БД [4].

В данной работе мы предлагаем рассмотрение построения инфологической (семантической) модели данных и построения ER–диаграммы при проектировании базы данных “Кафедра”.

Процесс проектирования БД представляет собой последовательность переходов от неформального словесного описания информационной структуры предметной области к формализованному описанию объектов предметной области в терминах некоторой модели. При этом можно выделить следующие этапы проектирования [4]:

Создадим инфологическую (семантическую) модель предметной области, которая будет содержать сведения о студентах, успеваемости студентов по предметам и преподавателях, ведущих эти предметы в терминах ER–модели с построением ER–диаграммы.

ER–модель опирается на понятия сущность, атрибут, связь и предметная область должна быть представлена как совокупность сущностей с атрибутами, между которыми установлены связи. С объектами ER–модели связаны понятия: тип – набор однородных предметов, явлений, которые выступают как единое целое; экземпляр – конкретный элемент набора, который (набор) означает некоторый тип; множество – конкретный набор экземпляров типа. Сущность – это объект, который может быть идентифицирован некоторым способом, который отличает его от других объектов. Тип сущности означает набор однородных сущностей некоторого типа. Набор сущностей – множество сущностей одного типа. Сущность фактически является множеством атрибутов, которые описывают свойства всех членов данного набора сущности. Тип сущности означает множество однородных объектов, а “экземпляр сущности” – конкретный объект из множества объектов. Например, сущностью является Студент, который представляет собой всех студентов вуза, а один из них, Петров Петр Петрович является не сущностью, а конкретной реализацией этой сущности (экземпляром). Атрибутами сущности Студент являются: ФИО, номер группы, номер зачетной книжки, дата зачисления и др. [2–3].

Связь – это поименованное отношение, имеющее место между двумя сущностями. Такая связь является бинарной в том смысле, что она имеет место между двумя поименованными сущностями или же имеет вид отношения сущности к самой себе. Каждая связь имеет два конца, каждый из которых обладает: именем, степенью (мощностью), признаком обязательности. Эти свойства используются для характеристики связи по отношению к каждой из участвующей в ней стороне.

Каждая сущность должна иметь уникальный идентификатор (ключ), то есть должна быть уникально определена: каждый экземпляр сущности должен иметь ямное и недвусмысленное определение, позволяющее отличать его от других экземпляров той же сущности. Ключом может быть атрибут, комбинация атрибутов, комбинация связей или атрибутов и связей. Например, ключом для сущности Студент является атрибут № зачетной книжки [2–3].

На сегодняшний день существуют несколько нотаций для представления ER–диаграмм [1]:

1. Нотация Чена: сущность изображается прямоугольником, атрибут – овалом, соединенным со своей сущностью (идентифицирующий атрибут подчеркнут), а связь – ромбом, соединенным со связываемыми сущностями. Вид линии в месте соединения с сущностью определяет кардинальность связи («воронья лапка» – М, «крест» – 1). Имена сущности, атрибута и связи располагаются внутри их изображений (Рис. 1).

Рис. 1. Пример ER–диаграммы в нотации Чена.

2. Нотация Мартина: сущность изображается прямоугольником, внутри которого указано ее имя жирным шрифтом и список ее атрибутов (идентифицирующий атрибут подчеркнут), а связь – линией, название которой располагается над ней и ее вид в месте соединения с сущностью определяет кардинальность связи («воронья лапка» – М, «крест»– 1) (Рис. 2).

Рис. 2. Пример ER–диаграммы в нотации Мартина.

3. Нотация Баркера: сущность изображается прямоугольником, внутри которого указано ее имя жирным и список ее атрибутов (перед идентифицирующим атрибутом стоит #), а связь – линией, название которой располагается над ней и ее вид в месте соединения с сущностью определяет кардинальность связи («воронья лапка» – М, отсутствие – 1) (Рис. 3).

Рис. 3. Пример ER–диаграммы в нотации Баркера.

4. Нотация IDEFIX: сущность изображается прямоугольником, атрибут – овалом, соединенным со своей сущностью, а связь – ромбом, соединенным со связываемыми сущностями. Имена сущности, атрибута и связи располагаются внутри их изображений (Рис. 4.).

Рис. 4. Пример ER–диаграммы в нотации IDEFIX.

5. Нотация Бахмана: сущность изображается таблицей из одного столбца, столбцы которой являются атрибутами сущности (идентифицирующий атрибут выделен жирным шрифтом), а связь – стрелкой, соединяющей таблицы, направление которой указано на стороне М (Рис. 5).

Рис. 5. Пример ER–диаграммы в нотации Бахмана.

Выводы. В данной работе рассмотрено проектирование и построение инфологической модели данных. Приведены примеры построения ER–диаграмм в нотациях Чена, Мартина, Баркера, IDEFIX и Бахмана.

Источник

Лекция №4. Этапы моделирования базы данных

Лекция N4. Этапы моделирования базы данных

3. Создание даталогической и физической модели базы данных

Вопрос №1. Модели данных

В базе данных отражается информация об определенной предметной области (Предметная область – часть реального мира, представляющая интерес для данного использования). В автоматизированных информационных системах отражения предметной области представлено моделями данных нескольких уровней. Это обусловлено прежде всего стремлением как можно полнее отразить в базе данных нюансы предметной области.

Для разработки баз данных необходимо как можно полнее описать предметную область. Для этого может быть использован и естественный язык, но его применение имеет много недостатков, основными их которых являются громоздкость описания и неоднозначность трактовки. Поэтому обычно для этих целей используют искусственные формализованные языковые средства, которые и позволяют построить модель предметной области.

Под инфологической моделью – понимают описание предметной области, выполненное с использованием специальных языковых средств, не зависящих от используемых в дальнейшем программных средств.

Инфологическая модель строит в независимости от типа используемого СУБД.

На рис.1. представлена взаимосвязь основных этапов проектирования БД. Из рис.1. наглядно видно, что инфологическая модель предметной области строится первой. Предварительная инфологическая модель строится еще на предпроектной стадии и затем уточняется на более поздних стадиях проектирования. Затем на основе инфологической модели стоится даталогическая модель, а затем идет физическая модель (используется для конкретной привязки даталогической модели к среде хранения).

Даталогическая модель логического уровня представляет собой отображение логических связей между элементами данных безотносительно к их содержанию и среде хранения. (следующая лекция).

Рис.1. Взаимосвязь этапов проектирования

Требования, предъявляемые к инфологическим моделям.

1. Адекватное отображение предметной области. В связи с этим язык для представления ИЛМ должен обладать даталогическими выразительными возможностями для отображения явлений предметной области.

2. Инфологическая модель должна быть непротиворечива. Она является единым интегрированным описанием предметной области и отражает взгляды и потребности всех пользователей систем. (не должно быть неоднозначной трактовки модели)

3. Модель инфологическая конечна. Модель должна удовлетворять свойству конечности, т. к. предметная область ограничена.

4. Инфологическая модель должна обладать свойством расшираяемости. Должен обеспечиваться ввод новых данных и удаление старых данных.

5. Инфологическая модель должна обеспечивать свойство композиции и декомпозиции. Реальные СУБД очень большие ® должна обеспечивать возможности композиции и декомпозиции.

6. Инфологическая модель должна легко восприниматься разными категориями пользователей.

Компоненты инфологической модели.

Центральное место в инфологической модели отводится описанию объектов предметной области и связи между ними. (ER-модель).

Рис.2. Компоненты инфологической модели.

Описание предметной области всегда представлено в какой-то знаковой системе. Поэтому кроме отношений, присущих предметной области, возникают еще и отношения, обусловленные особенностями отображения ПО в языковой среде. Поэтому при построении инфологической модели должна учитываться лингвистика.

Кроме того, в инфологическое модели должны быть отображены и алгоритмические зависимости между показателями. (для этого используются графы). Расчетные формулы, а также алгоритмы вычислений в какой-то мере должны входить в ИЛМ.

Следующим компонентом инфологической модели является описание информационных потребностей пользователей. Здесь должны отражаться тип запроса, режим использования данных. Важная характеристика предметной области является ограничение целостности.

Вопрос №2. Проектирование баз данных

Основными элементами ИЛМ являются объект (сущность), атрибуты и связи (отношения).

В предметной области в процессе её исследования и анализа выделяют классы объектов.

Объектом называется предмет, который может быть четко идентифицирован (Чен в 1976г.).

Сущность –это реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступной.

В диаграммах ER-модели сущность представляется в виде прямоугольника, содержащего имя сущности.

Рис 3. Сущность покупатель.

На рис 3 приведена сущность “покупатель”.В состав этой сущности могут входить :

· Люди (Иванов, Петров, Сидоров…)

Сущности (а их в предметной области может быть несколько) должны иметь наименование с четким смыслом – существительным в единственном числе (это облегчает понимание )

С точки зрения БД (физической модели ) сущность – это таблица, атрибуты-колонки, экземпляр сущности – строка в таблице

Так если предметной областью является училище, то сущностями являются :

· Курсанты (совокупность экземпляров, обладающих одинаковыми свойствами)

Сущности бывают

· Правильные (эти сущности могут существовать и без других сущностей );

· Слабые (сущность не может существовать если существует другая сущность : “подчиненные” и “начальник” )

Каждая сущность должна обладать определенными свойствами – называемыми атрибутами. Все элементы (объекты ) одной сущности обладают одинаковыми

атрибутами : (сущность “преподаватели”- ФИО, год поступления на кафедру, зарплату …)

каждое свойство – ограничено и имеет конечное множество значений (в БД это называлось заменой )

Имена атрибутов могут заносится в эллипсы с названием свойств, соединенных сплошной линией с соответствующим объектом (сущностью). Если свойство составное, то составляющие показываются в виде новых эллипсов со связями. Ключевые свойства как правило подчеркивают

Рис 4. Атрибуты сущности “курсант”.

Связь — является логическим отношением между сущностями.

· Каждый преподаватель кафедры предметы.

· Каждый курсант предмет(ы) на кафедре.

Рис 5. Связь в инфологической модели.

Связи в ER модели могут быть следующих типов :

· Многие – ко – многим.

Связь “один к одному” (1:1) предполагает, что в каждый момент времени элементу А соответствует 0 или 1 элементов В.

Имеет

Связь “один ко многим” (1:М) состоит в том, что в каждый момент времени каждому элементу А соответствует несколько элементов В. В качестве примера в казарме живут курсанты :

Живут

Связь “многие к одному” предполагает, что в каждый момент времени многжеству элементов А соответствует 1 элемент В.

Курсанты объединяются в группы:

Связь “многие ко многим ” состоит в том, что в любой момент времени множеству элементов А соответствует множество элементов В.

Курсанты изучают предметы

Педагоги преподают предметы (практ. Занятия)

Вопрос №3. СОЗДАНИЕ ДАТАЛОГИЧЕСКОЙ И ФИЗИЧЕСКОЙ

МОДЕЛЕЙ БАЗЫ ДАННЫХ

Даталогическая и физическая модели данных создаются с использованием нотации ER. При этом действуют все те же соглашения о представлении модели, что и при инфологическом моделировании, однако необходимо

учитывать некоторые особенности, присущие каждому типу моделей и руководствоваться правилами преобразования одной модели в другую.

Как уже отмечалось выше, даталогическая модель отражает структуру

БД с учетом особенностей модели данных. Т. к. на сегодняшний день наиболее популярной является реляционная модель данных, рассмотрим правила

преобразования инфологической модели в реляционную даталогическую.

Переход к даталогической модели сводится к изменению тех отношений между сущностями, которые существуют только на логическом уровне.

Это прежде всего отношения типа многие-ко-многим и иерархия наследования.

Для преобразования отношения типа многие-ко-многим необходимо

создать третью сущность, в качестве первичного ключа которой будут вы-

ступать ключевые атрибуты сущностей, связанных отношением многие-ко-

многим. Имя новой сущности выбирается исходя из ее смыслового значения,

а неключевые атрибуты могут мигрировать из одной из связанных сущностей

или быть добавлены отдельно.

Например, в случае, изображенном на рис.52, преобразование связи

многие-ко-многим, существующей в инфологической модели, приводит к

созданию третьей сущности, в которую копируются ключевые атрибуты

сущностей «Материал» и «Расход материала».

Между исходными сущностями и связующей устанавливаются идентифицирующие связи «один-ко-многим». Результат операции приведен на

На рис.53 видно, что в третьей сущности представлена информация,

отражающая состав израсходованных материалов. Следовательно, логично

будет назвать сущность «Состав расхода материалов», а поскольку необходимо хранение информации о количестве и цене израсходованных материалов, следует ввести в состав сущности «Состав расхода материалов» атрибуты «Количество» и «Цена».

В случае использования категориальной связи, преобразование необходимо проводить одним из трех возможных путей:

1. Для каждой сущности иерархии наследования инфологической мо-

дели создается соответствующая сущность в даталогической модели. При

этом происходит перенос атрибутов сущности ИМД в соответствующую

сущность ДМД. Категориальная связь между сущностями заменяется отношением «многие-ко-многим».

2. Все атрибуты сущностей потомков переносятся в состав атрибутов

сущности предка. При этом в ДМД включается только сущность предок, со-

держащая все возможные атрибуты своих потомков.

3. Все атрибуты сущности предка переносятся в состав всех атрибутов

сущностей потомков. Связь между сущностями разрывается, а в ДМД включаются независимые друг от друга сущности, получившиеся в результате переноса.

Предположим, в ИМД существует категориальная связь, изображенная

В данном случае видно, что сотрудник может быть как постоянным работником, так и совместителем или консультантом. Различие между ними заключается в типе сотрудника, что отражено на диаграмме с помощью дискриминанта «Тип». Сущности «Постоянный сотрудник», «Совместитель»,

«Консультант» являются зависимыми от сущности «Сотрудник», поэтому на

диаграмме изображены в виде прямоугольников со скругленными углами, а

их ключевыми атрибутами являются ключевые атрибуты родительской сущности «Сотрудник».

Для перехода к ДМД необходимо воспользоваться одним из трех пере-

численных выше способов.

Если применить первый способ преобразования, получим результат,

изображенный на рис.55. В результате мы получили четыре сущности, связанные отношениями «многие-ко-многим» с сущностью «Сотрудник». Вид-

но, что в данном случае «Постоянный сотрудник» и «Сотрудник» являются

полностью идентичными, т. к. «Постоянный сотрудник» не содержит дополнительных атрибутов, отличающих его от «Сотрудника».

Следовательно, сущность «Постоянный сотрудник» можно удалить.

Кроме этого, очевидно, что преобразование подобного рода целесообразно

проводить тогда, когда родовые потомки отличаются от своего предка большим количеством признаков.

Если применить второй способ преобразования к модели, изображен-

ной на рис.54, получим результат, изображенный на рис.56.

В данном случае все атрибуты были собраны в одной сущности «Со-

трудник». При работе с такой сущностью часть атрибутов будет оставаться

незаполненной, а отличия между экземплярами сущности будут определятся

значением атрибута «Тип». Такое преобразование целесообразно проводить в

случае, когда количество атрибутов в родовых предках сущности невелико.

Если применить третий способ преобразования к модели, изображен-

ной на рис.54, получим следующий результат (рис.57).

В данном случае, мы получили три независимые сущности, содержащие часть одинаковых атрибутов, унаследованных от родового предка и отличающихся атрибутами, присущими сущностям потомкам. Этот способ

удобно применять в случае, когда сущности-потомки отличаются друг от

друга большим количеством атрибутов.

Следует отметить, что выбор способа преобразования, применяемого к

категориальной связи инфологической модели данных целиком зависит от

проектировщика и определяется его опытом и знаниями. Каждый способ

преобразования имеет свои плюсы и минусы и проектировщику необходимо

оценивать их в зависимости от конкретной ситуации, возникающей в процессе создания БД.

После того как создана даталогическая модель данных (т. е. проведено

преобразование связей «многие-ко-многим» и категориальных связей, необходимо создать физическую модель данных (ФМД). Для этого необходимо

выбрать СУБД, в которой планируется создавать БД, изучить ее особенности,

возможности и правила создания таблиц и отношений между ними. Особенно пристальное внимание необходимо обратить на типы данных, поддерживаемые СУБД и принятые правила именования таблиц и атрибутов. Переход

к физической модели данных заключается в преобразовании имен сущностей

и их атрибутов в соответствии с принятыми в СУБД правилами, а также определение и присвоение типов данных, поддерживаемых выбранной СУБД,

Источник