Инфологическая модель базы данных это

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ИНФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

ЯЗЫКИ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ

Методические рекомендации к практической работе

по курсу «Информационное обеспечение систем управления»

для студентов специальности 2101 но направлению Т-02

Цель работы – ознакомиться с основными понятиями инфологи­ческого моделирования базы данных, научиться описывать модели языка­ми инфологического моделирования.

Цель информационно-логического (инфологического) моделирова­ния – обеспечение наиболее естественных для человека способов сбора и представления той информации, которую предполагается хранить в созда­ваемой базе данных.

Инфологической моделью данных называют обобщенное не­формальное описание создаваемой базы данных, выполненное с использо­ванием естественного языка, математических формул, таблиц, графиков и других средств, понятных всем людям, работающим над проектированием базы данных. Она является человеко-ориентированной моделью, которая полностью независима от физических параметров среды хранения данных.

Основными конструктивными элементами инфологических моделей являются сущности, связи между ними и их свойства (атрибуты).

Сущность – любой различимый объект (объект, который мы можем отличить от другого), информацию о котором необходимо хранить в базе данных. Сущностями могут быть люди, самолеты, рейсы, цвет, вкус и т.д.

Тип сущности – это набор однородных личностей, предметов, событий или идей, выступающих как целое. Например, типом сущности мо­жет быть ГОРОД АВТОМОБИЛЬ,

Экземпляр сущности – это конкретная вещь в наборе. Например, экземпляром сущности будут – Москва, Киев, «Жигули», «Москвич» и т.д.

Атрибут – поименованная характеристика сущности. Его наименование должно быть уникальным для конкретного типа сущности, по может быть одинаковым для различного типа сущностей.

Например, ЦВЕТ может быть определен для многих сущностей: СОБАКА, АВТОМОБИЛЬ, ДЫМ и т.д.).

Атрибуты используются для определения того, какая информация должна быть собрана о сущности. Примерами атрибутов для сущности АВТОМОБИЛЬ являются Тип, Марка, Номерной Знак, Цвет и т.д.

Здесь также существует различие между типом и экземпляром. Тип атрибута Цвет имеет много экземпляров или значений: Красный, Синий, Банановый, Белая ночь и т.д., однако каждому экземпляру сущности присваивается только одно значение атрибута.

Абсолютное различие между типами сущностей и атрибутами отсут­ствует. Атрибут является таковым только в связи с типом сущности. В другом контексте атрибут может выступать как самостоятельная сущность. Например, для автомобильного завода ЦВЕТ – это только атрибут про­дукта производства, а для лакокрасочной фабрики ЦВЕТ- тип сущности.

Ключ – минимальный набор атрибутов, по значениям которых можно однозначно найти требуемый экземпляр сущности. Минимальность озна­чает, что исключение из набора любого атрибута не позволяет идентифи­цировать сущность по оставшимся. Например, для сущности РАСПИСА­НИЕ ключом является атрибут Номер_рейса или набор; Пункт_отправления, Врсмя_вылета, Пункт_назначения (при условии, что из пункта в пункт вылетает в каждый момент времени один самолет).

Связь – ассоциирование двух или более сущностей.

Существует три основных класса сущностей: стержневые, ассоциативные и характеристические, а также подкласс ассоциативных сущно­стей – обозначения.

Стержневая сущность (стержень) – это независимая сущность, ко­торая не является ни ассоциацией, ни обозначением, ни характеристикой. Такие сущности имеют независимое существование, хотя они и могут обо­значать другие сущности.

Ассоциативная сущность (ассоциация) – это связь вида "многие -ко – многим" между двумя или более сущностями или экземплярами сущности. Ассоциации рассматриваются как полноправные сущности, они могут: участвовать в других ассоциациях и обозначениях точно так ;е, как стержневые сущности; обладать свойствами, то есть иметь не только набор ключевых атрибутов, необходимых для указания связей, но и любое число других атрибутов, характеризующих связь.

Характеристическая сущность (характеристика) – это связь вида "многие – к – одной" или "одна – к – одной" между двумя сущностями (частный случаи ассоциации). Единственная цель характеристики в рамках рассматриваемой предметной области состоит в описании или уточнении некоторой другой сущности. Необходимость в них возникает в связи с тем, что сущности реального мира имеют иногда многозначные свойства,

Например, муж может иметь несколько жен, книга – несколько характеристик переиздания (дополненное, переработанное, . ) и т.д.

Существование характеристики полностью зависит от характеризуемой сущности; женщины лишаются статуса жен, если умирает их муж.

Обозначающая сущность (обозначение) – это связь вида "многие к – одной" или "одна – к – одной" между двумя сущностями и отличается от характеристики тем, что не зависит от обозначаемой сущности. Обозначения используют для хранения повторяющихся значений больших текстовых атрибутов: "кодификаторы" изучаемых студентами дисциплин, наименований организаций и их отделов, перечней товаров и т. п,

Как правило, обозначения не рассматриваются как полноправные сущности, хотя это не привело бы к какой-либо ошибке. Обозначения и характеристики не являются полностью независимыми сущностями, поскольку они предполагают наличие некоторой другой сущности, которая будет "обозначаться" или "характеризоваться". Однако они все же представляют собой частные случаи сущности и могут, конечно, иметь свойства, могут участвовать в ассоциациях, обозначениях и иметь свои собственные: (более низкого уровня) характеристики. Следует отметить, что все экземпляры характеристики должны быть обязательно связаны с каким-либо экземпляром характеризуемой сущности, Однако допускается, чтобы некоторые экземпляры характеризуемой сущности не имели связей.

Если бы назначением базы данных было только хранение отдельных, не связанных между собой данных, то ее структура могла бы быть очень простой. Однако, одно из основных требований к организации базы данных – это обеспечение возможности отыскания одних сущностей по значениям других, для чего необходимо установить между ними определенные связи. А так как в реальных базах данных нередко содержатся сотни или даже тысячи сущностей, то теоретически между ними может быть установлено более миллиона связей. Наличие такого множества связей и определяет сложность инфологических моделей.

Языки построения, инфологических моделей. При построении инфологических моделей можно использовать язык ER-диаграмм (от англ. Entity-Relationship, то есть сущность-связь), который используется для построении небольших моделей и иллюстрации отдельных фрагментов больших моделей, и язык инфологического моделирования (ЯИМ), более содержательный, но менее наглядный, в котором сущности и ассоциации представляются в виде предложений.

BER диаграммах сущности изображаются (см. таблицу) помеченными прямоугольниками, ассоциации – помеченными ромбами или шестиугольниками, атрибуты – помеченными овалами, а связи между ними – ненаправленными ребрами (линиями, соединяющими геометрические фигуры), над которыми может проставляться степень связи (1 или буква, заменяющая слово "много") и необходимое пояснение.

В языке инфологического моделирования (ЯИМ), сущности и ассоциации представляются предложениями вида:

СУЩНОСТЬ (атрибут 1, атрибут 2. атрибут n);

АССОЦИАЦИЯ [СУЩНОСТЬ S1, СУЩНОСТЬ S2, . ]

(атрибут I, атрибут 2. атрибут n),

где S – степень связи, а атрибуты, входящие в ключ, должны быть отмече­ны с помощью подчеркивания;

ХАРАКТЕРИСТИКА (атрибут 1, атрибут 2, . )

ОБОЗНАЧЕНИЕ (атрибут 1, атрибут 2. );

[СПИСОК ОБОЗНАЧАЕМЫХ СУЩНОСТЕЙ].

Элементы языков инфологической модели

Виды связей. Между двумя сущностями возможны следующие ви­ды связей.

Первый тип – связь ОДИН-К-ОДПОМУ (1:1): в каждый момент времени каждому экземпляру сущности А соответствует I или 0 представителей сущности B.

Второй тип – связь ОДИН-КО-МНОГИМ (1:М): одному представителю сущности А соответствуют 0, 1 или несколько представителей сущности В.

Так как между двумя сущностями возможны связи в обоих направлениях, то существует еще два типа связи МНОГИВ-К-ОДНОМУ (М:1) и МНОГИЕ-КО-МНОГИМ (М:N).

Кроме того, существуют и более сложные связи (Приложение 1):

• множество связей между одними и теми же сущностями;

• связи более высоких порядков, семантика (смысл) которых иногда очень сложна.

Первичные и внешние ключи. Каждая сущность обладает хотя бы одним возможным ключом. Один из них принимается за первичный ключ. При выборе первичного ключа следует отдавать предпочтение несоставным ключам или ключам, составленным из минимального числа атрибутов. Нецелесообразно также использовать ключи с длинными текстовыми значениями (предпочтительнее использовать целочисленные атрибуты). Не допускается, чтобы первичный ключ стержневой сущности (любой атрибут, участвующий в первичном ключе) принимал неопределенное значение. Иначе возникнет противоречивая ситуация: появится не обладающий индивидуальностью, и, следовательно, не существующий экземпляр стержневой сущности. По тем же причинам необходимо обеспечить уникальность первичного ключа.

Если сущность С связывает сущности A и В, то она должна включать внешние ключи, соответствующие первичным ключам сущностей А и B.

Если сущность B обозначает сущность А, то она должна включать внешний ключ, соответствующий первичному ключу сущности А.

Связь между первичными и внешними ключами сущностей приведена на рисунке.

Структуры: а – ассоциации; б – обозначения (характеристики)

Выявить связи между сущностями.

.Изобразить инфологическую модель предметной области в виде ER-диаграммы и средствами ЯИМ.

Примечание. Варианты заданий выдаются преподавателем.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

I. Дать определение инфологической модели данных; сущности; типа сущности; экземпляра сущности; атрибута; связи.

Назовите основные конструктивные элементы инфологических моделей.

Назовите классы и подклассы сущностей.

Охарактеризуйте стержневую, ассоциативную, характеристическую, обозначающую сущности.

Назовите одно из основных требований к организации базы данных.

Какие языки можно использовать при построении инфологических моделей?

Для каких моделей используется язык ER-диаграмм?

Какими фигурами изображаются основные конструктивные элемен­ты ЕК- диаграмм?

В каком виде представляются основные конструктивные элементы в языке инфологического моделирования? Приведите пример,

10,Какие типы связей возможны между сущностями?

1 I ,В чем заключается отличие между первичным и внешним ключами?

12.Какова связь между первичными и внешними ключами сущностей?

Пример построения инфологической модели базы данных "Питание"

В базе данных "Питание" должна храниться информация о блюдах (рис. П 2.1), их ежедневном потреблении, продуктах, из которых приготав­ливаются эти блюда, и поставщиках, этих продуктов. Информация будет использоваться поваром и руководителем небольшого предприятия обще­ственного питания, а также его посетителями,

1. Лобио по-грузински.

Ломаную очищенную фасоль, нашинкованный лук посолить, посыпать перцем и припустить в масле с небольшим количеством бульона; добавит>, кинзу, зелень петрушки, рейган (базилик) и довести до готовности. Затем запечь в духовке.

Фасоль стручковая (свежая или консервированная) 200,

Лук зеленый 40, Масло сливочное 30, Зелень 10.

Выход 210. Калорий 725.

Рис.П2.1. Пример кулинарного рецепта

C помощью указанных пользователей выделены следующие объекты и характеристики проектируемой базы:

1. Блюда, для описания которых нужны данные, входящие в их кули­нарные рецепты: номер блюда (например, из книги кулинарных рецептов), название блюда, вид блюда (закуска, суп, горячее и т.п.), рецепт (техноло­гия приготовления блюда), выход (вес порции), название, калорийность и вес каждого продукта, входящего в блюдо.

2. Для каждого поставщика продуктов: наименование, адрес, название поставляемого продукта, дата поставки и цена на момент поставки.

3. Ежедневное потребление блюд (раеход): блюдо, количество порций, дата.

Анализ объектов позволяет выделить:

• стержни Блюда, Продукты и Города;

• ассоциации Состав (связывает Блюда с Продуктами) и

Поставки (связывает Поставщиков с Продуктами);

характеристики Рецепты и Расход.

ER-диаграмма модели показана на рис. П2.2.

Рис.П2.2 ER диаграмма базы данных "Питание"

Модель базы данных на языке ЯИМ имеет следующий вид:

Блюда (БЛ, Блюдо, Вид)

Продукты (ПР, Продукт, Калорийность)

Поставщики (ПОС, Город, Поставщик) [Город]

Состав [Блюда М, Продукты N] (БЛ, ПР, Вес (г))

Поставки [Поставщики М, Продукты N] (ПОС, ПР, Дата_П, Цена, Вес (кг))

Города (Город, Страна)

Рецепты (БЛ. Рецепт")

Расход (БЛ, Дата_Р, Порций)

В этих моделях Блюдо, Продукт и Поставщик – наименования; а БЛ. ПР и ПОС – цифровые коды блюд, продуктов и организаций, поставляю­щих эти продукты.

ИНФОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ

ЯЗЫКИ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ

Методические рекомендации к практической работе по курсу «Информационное обеспечение систем управления»

Составили: ФОМИНА Надежда Николаевна

ВЛАСОВ Вячеслав Викторович

Рецензент А.В. Зайцев

Редактор О.А, Панина

Лицензия ИД№ 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 14.10.04 Формат 60×84 1/16

Пум. тип. Усл.-псч.л. 0,93 (1,0) Уч.-шд.л 0,8

Тираж 100 экз. Заказ 412 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 т. Саратов, ул. Политехническая, 77

Копипринтер СГТУ, 410054 г. Сарато», ул. Политехническая, 77

Проектирование баз данных — процесс создания схемы базы данных и определения необходимых ограничений целостности.

Содержание

Основные задачи проектирования баз данных [ править | править код ]

• Обеспечение хранения в БД всей необходимой информации.
• Обеспечение возможности получения данных по всем необходимым запросам.
• Сокращение избыточности и дублирования данных.
• Обеспечение целостности базы данных.

Основные этапы проектирования баз данных [ править | править код ]

Концептуальное (инфологическое) проектирование [ править | править код ]

Концептуальное (инфологическое) проектирование — построение семантической модели предметной области, то есть информационной модели наиболее высокого уровня абстракции. Такая модель создаётся без ориентации на какую-либо конкретную СУБД и модель данных. Термины «семантическая модель», «концептуальная модель» и «инфологическая модель» являются синонимами. Кроме того, в этом контексте равноправно могут использоваться слова «модель базы данных» и «модель предметной области» (например, «концептуальная модель базы данных» и «концептуальная модель предметной области»), поскольку такая модель является как образом реальности, так и образом проектируемой базы данных для этой реальности.

Конкретный вид и содержание концептуальной модели базы данных определяется выбранным для этого формальным аппаратом. Обычно используются графические нотации, подобные ER-диаграммам.

Чаще всего концептуальная модель базы данных включает в себя:

• описание информационных объектов или понятий предметной области и связей между ними.
• описание ограничений целостности, то есть требований к допустимым значениям данных и к связям между ними.

Логическое (даталогическое) проектирование [ править | править код ]

Логическое (даталогическое) проектирование — создание схемы базы данных на основе конкретной модели данных, например, реляционной модели данных. Для реляционной модели данных даталогическая модель — набор схем отношений, обычно с указанием первичных ключей, а также «связей» между отношениями, представляющих собой внешние ключи.

Преобразование концептуальной модели в логическую модель, как правило, осуществляется по формальным правилам. Этот этап может быть в значительной степени автоматизирован.

На этапе логического проектирования учитывается специфика конкретной модели данных, но может не учитываться специфика конкретной СУБД.

Физическое проектирование [ править | править код ]

Физическое проектирование — создание схемы базы данных для конкретной СУБД. Специфика конкретной СУБД может включать в себя ограничения на именование объектов базы данных, ограничения на поддерживаемые типы данных и т. п. Кроме того, специфика конкретной СУБД при физическом проектировании включает выбор решений, связанных с физической средой хранения данных (выбор методов управления дисковой памятью, разделение БД по файлам и устройствам, методов доступа к данным), создание индексов и т. д.

Результатом физического проектирования логической схемы выше на языке SQL может являться следующий скрипт:

Нормализация [ править | править код ]

При проектировании реляционных баз данных обычно выполняется так называемая нормализация.

Модели «сущность-связь» [ править | править код ]

Модель «сущность-связь» (англ. “Entity-Relationship model” ), или ER-модель, предложенная П. Ченом [1] в 1976 г., является наиболее известным представителем класса семантических (концептуальных, инфологических) моделей предметной области. ER-модель обычно представляется в графической форме, с использованием оригинальной нотации П. Чена, называемой ER-диаграмма, либо с использованием других графических нотаций (Crow’s Foot, Information Engineering и др.).

Основные преимущества ER-моделей:

• наглядность;
• модели позволяют проектировать базы данных с большим количеством объектов и атрибутов;
• ER-модели реализованы во многих системах автоматизированного проектирования баз данных (например, ERWin).

Основные элементы ER-моделей:

• объекты (сущности);
• атрибуты объектов;
• связи между объектами.

Сущность — объект предметной области, имеющий атрибуты.

Связь между сущностями характеризуется:

• типом связи (1:1, 1:N, N:М);
• классом принадлежности. Класс может быть обязательным и необязательным. Если каждый экземпляр сущности участвует в связи, то класс принадлежности — обязательный, иначе — необязательный.

Семантические модели [ править | править код ]

Семантическая модель (концептуальная модель, инфологическая модель) — модель предметной области, предназначенная для представления семантики предметной области на самом высоком уровне абстракции. Это означает, что устранена или минимизирована необходимость использовать понятия «низкого уровня», связанные со спецификой физического представления и хранения данных.

Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. — 8-е изд. — М.: «Вильямс», 2006 :

Семантическое моделирование стало предметом интенсивных исследований с конца 1970-х годов. Основным побудительным мотивом подобных исследований (то есть проблемой, которую пытались разрешить исследователи) был следующий факт. Дело в том, что системы баз данных обычно обладают весьма ограниченными сведениями о смысле хранящихся в них данных. Чаще всего они позволяют лишь манипулировать данными определенных простых типов и определяют некоторые простейшие ограничения целостности, наложенные на эти данные. Любая более сложная интерпретация возлагается на пользователя. Однако было бы замечательно, если бы системы могли обладать немного более широким объемом сведений и несколько интеллектуальнее отвечать на запросы пользователя, а также поддерживать более сложные (то есть более высокоуровневые) интерфейсы пользователя.
[…]
Идеи семантического моделирования могут быть полезны как средство проектирования базы данных даже при отсутствии их непосредственной поддержки в СУБД.

Наиболее известным представителем класса семантических моделей является модель «сущность-связь» (ER-модель).

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 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.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

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.

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.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

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.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь