Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 1
ТЕМА: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ
Главными элементами концептуальной модели данных являются объекты и отношения. Объекты часто представляют в виде существительных, а отношения - в виде глаголов.
Объекты представляют собой вещи, которые пользователи считают важными в моделируемой нами части реальности. Примерами объектов могут быть люди, автомобили, деревья, дома, молотки и книги.
Объекты делятся на конкретные и концептуальные. Примеры конкретных объектов: люди, книги, дискеты и т.д. Концептуальными объектами будут компании, навыки, организации, проекты товаров, деловые операции, штатное расписание.
Для того, чтобы уточнить называется ли объектом конкретная вещь (отдельный человек, конкретный автомобиль, конкретный банк) или множество вещей (все люди, все автомобили, все банки) пользуются термином объектное множество для обозначения множества вещей одного типа и объект-элемент для обозначения одного члена (одного элемента) объектного множества.
Как показано на рис. 1 мы будем изображать объектные множества в виде прямоугольников, а объекты-элементы — в виде точек. Имя объектного множества пишется заглавными буквами в единственном числе. Так «ЧЕЛОВЕК» — имя объектного множества, представляющего людей. Строчными буквами («человек») обозначается элемент из объектного множества ЧЕЛОВЕК. Мы пишем «человек в ЧЕЛОВЕК», чтобы обозначить, что человек является элементом объектного множества ЧЕЛОВЕК.
Объектное множество. Множество вещей одного типа.
Объект-элемент. Конкретный элемент объектного множества.
Объектные множества бывают лексическими и абстрактными. Элементы лексических объектных множеств можно напечатать, тогда как элементы абстрактных объектных множеств напечатать нельзя.
Так, например, ИМЯ будет лексическим объектным множеством, поскольку его элементами являются имена, то есть строки символов, которые можно напечатать. ДАТА. КОЛИЧЕСТВО и НОМЕР-ПАСПОРТА также являются примерами лексических объектных множеств, так как даты, количества и номера паспортов также можно распечатать.
Лексическое объектное множество. Объектное множество, состоящее из элементов, которые можно распечатать.
Абстрактное объектное множество. Объектное множество, состоящее из элементов, которые нельзя распечатать.
С другой стороны, ЧЕЛОВЕК является абстрактным объектным множеством, поскольку человека напечатать нельзя.
В компьютерной реализации концептуальной модели элементы лексических объектов будут представлены в виде строк символов.
Элементы абстрактных объектов будут представлены внутренними номерами, не имеющими смысла вне системы. Внутренний номер иногда называют «Идентификатор объекта» или суррогатным ключом, так как он представляет и однозначно определяет абстрактный объект-элемент реального мира. Примерами суррогатных ключей являются: для гражданина – данные паспорта, для сотрудника предприятия – табельный номер и т.д.
Суррогатный ключ: «Идентификатор» абстрактного объекта-элемента в компьютерной системе; вне системы смысла не имеет
Некоторые объектные множества содержатся внутри других объектных множеств. Например, МУЖЧИНА (множество мужчин) содержится внутри множества ЧЕЛОВЕК. Это означает, что каждый мужчина (элемент множества МУЖЧИНА) является также человеком (элементом множества ЧЕЛОВЕК). Аналогично, множество ЖЕНЩИНА содержится внутри множества ЧЕЛОВЕК (ЧЕЛОВЕК).
В данном случае МУЖЧИНА — конкретизация (или подмножество) множества ЧЕЛОВЕК. Мы можем представить это, написав МУЖЧИНА - ЧЕЛОВЕК.
ЧЕЛОВЕК, с другой стороны, является обобщением или надмножеством множества МУЖЧИНА (и множества ЖЕНЩИНА).
Конкретизация. Объектное множество, являющееся подмножеством другого объектного множества (содержащее его).
Обобщение. Объектное множество, являющееся надмножеством другого объектного множества.
Графическое изображение конкретизации/обобщения представлено на рис. 2. U-образный символ обозначает направление включения. Верхняя часть U «открывается» в сторону большего или объемлющего множества.
Рис. 2. Альтернативные представления конкретизации и обобщения
Представим себе мужчину по имени Джордж. Тогда Джордж является также человеком. Это представлено графически на рис. 3 Обратите внимание, что две точки обозначают одного и того же человека. Одна точка представляет его как элемент множества ЧЕЛОВЕК, а вторая — как элемент множества МУЖЧИНА. На самом деле это один объект. Он просто показан принадлежащим двум разным объектным множествам. Мы вскоре покажем важность такого представления.
Рис. 3. Две точки, представляющие один и тот же объект
Отношение связывает два объектных множества. Рассмотрим объектные множества ЖЕНАТЫЙ МУЖЧИНА и ЗАМУЖНЯЯ ЖЕНЩИНА. Мы можем определить между этими множествами отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С, сопоставив каждому женатому мужчине его жену (или наоборот, каждой замужней женщине - ее мужа).
Отношение. Связь между элементами двух объектных множеств.
Отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С составлено из множества женатых пар, в каждой из которых мужчина — из объектного множества ЖЕНАТЫЙ МУЖЧИНА, а женщина - из объектного множества ЗАМУЖНЯЯ ЖЕНЩИНА. Графически мы представляем отношение между двумя объектными множествами в виде соединяющего их отрезка (при желании дополненного ромбом) рис. 4.
Рис.4. Графическое представление отношения
Отношение само по себе является объектным множеством, состоящим из пар объектов-элементов, взятых из двух множеств, которые соединяет отношение. Иными словами, каждый элемент отношения — это пара элементов из двух объектных множеств. Если
ЖЕНАТЫЙ МУЖЧИНА = {Адам, Дэвид, Джон)
и
ЗАМУЖНЯЯ ЖЕНЩИНА = {Джоан. Линда, Мишель}
и
Адам состоит-в-браке-с Джоан
Дэвид состоит-в-браке-с Линдой
Джон состоит-в-браке-с Мишель
то тогда
СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С={(Адам, Джоан)/ (Дэвид, Линда), (Джон, Мишель)}
Фигурные скобки {} заключают множество. На рис. 5 эта информация представлена графически. Мы видим, что отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С само является объектным множеством, элементами которого будут семейные пары. Объектное множество типа СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С, полученное из отношения между другими объектными множествами, называется составным объектным множеством.
Составное объектное множество. Отношение, рассматриваемое как объектное множество.
.
Рис. 5. Графическое представление объекта-отношения
Составным объектным множествам можно давать имена и включать их в отношения, как и обычные объектные множества. На рис. 6 составное множество отношения СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С называется СЕМЕЙНАЯ-ПАРА и участвует в нескольких отношениях. Отношение ОТМЕЧАЮТ-ДАТУ-СВАДЬБЫ связывает каждую семейную пару с датой их свадьбы; отношение ПРОЖИВАЮТ-В связывает пару с их адресом, а отношение ЗАРАБАТЫВАЮТ связывает их с их общим совокупным доходом.
Рис. 6. Графическое изображение составного объектного множества
В качестве другого примера рассмотрим два множества служащих компании: ИНСПЕКТОР и РАБОЧИЙ. Мы определим элементы множества РАБОЧИЙ как тех служащих компании, которые не контролируют работу других служащих. Множество ИНСПЕКТОР состоит из тех служащих, которые контролируют рабочих. Отношение КОНТРОЛИРУЕТ (обратите внимание, что это глагол) связывает каждого инспектора с рабочими, которых он контролирует (рис. 7). На рис.7 показаны примеры отношения КОНТРОЛИРУЕТ.
Мощность отношения обозначает максимальное количество элементов одного объектного множества, связанных с одним элементом другого объектного множества. Например, если мы допускаем, что у человека может быть только один супруг, то мощность отношения СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С будет равна одному в каждом направлении (рис. 8).
Рис. 8. Графическое изображение мощности
Мощность. Максимальное количество элементов одного объектного множества, связанных с одним элементом другого объектного множества.
Хотя обычно нас интересует максимальная мощность, иногда полезно определять и минимальную мощность. Предположим, например, что мы переопределим отношение СОСТОИТ-В-БРАКЕ-С и будем считать, что оно существует между множествами МУЖЧИНА и ЖЕНЩИНА (рис. 8). Поскольку многие мужчины и женщины одиноки, минимальная мощность равна нулю в каждом направлении. Мы пишем возле объектного множества ЖЕНЩИНА «0,1», обозначая этим, что каждый мужчина может иметь от нуля до одной жены. И обратно, 0,1 возле объектного множества МУЖЧИНА обозначает, что у каждой женщины может быть от нуля до одного мужа (рис. 9).
Некоторые отношения не имеют конкретного значения максимальной мощности. Например, инспектор контролирует как минимум одного рабочего» возможно, больше. Такую мощность мы будем обозначать 1,*, где «1» обозначает минимальную мощность, а «*» просто обозначает «много». С другой стороны, если мы допускаем, что каждого данного рабочего контролирует один и только один инспектор, то мощность в обратном направлении будет 1,1 (рис. 10).
Рис.10. Мощность отношения КОНТРОЛИРУЕТ
Мощность отношения конкретизации (или включения) всегда одна и та же. Каждый элемент объемлющего множества связан с одним или нулем элементов подмножества, а каждый элемент подмножества связан ровно с одним элементом объемлющего множества (рис. 11).
Рис. 11. Мощность отношения конкретизации
Максимальная мощность является значительно более важным понятием, чем минимальная. Поэтому для упрощения наших диаграмм мы будем указывать минимальную мощность только тогда, когда это необходимо. За исключением отношения включения (минимальную мощность которого мы обсудили выше), опущенную минимальную мощность можно полагать равной нулю.
Максимальная мощность в одном из направлений, равная одному, соответствует математическому понятию функции, которая устанавливает соответствие один-к-одному или много-к-одному между множествами. Поэтому отношение, имеющее максимальную мощность в одном из направлений, равную одному, называется функциональным в этом направлении. Отношение между рабочим и инспектором на рис. 12 является функциональным в направлении от рабочего к инспектору. Это означает, что, зная рабочего, мы можем однозначно определить его инспектора. Это отношение не является функциональным в обратном направлении, поскольку инспектор может контролировать нескольких рабочих.
Отношение один - к – одному. Отношение, максимальная мощность которого равна одному в обоих направлениях.
Отношение один - ко – многим. Отношение, максимальная мощность которого равна одному в одному в одном направлении и многим в обратном.
Отношение много - к – многим. Отношение, максимальная мощность которого равна многим в обоих направлениях.
Если максимальная мощность отношения в обоих направлениях равна одному, мы называем его отношением один-к-одному. Если максимальная мощность в одном направлении равна одному, а в другом — многим, то отношение называется отношением один-ко-многим. И, наконец, если максимальная мощность в обоих направлениях равна многим, то отношение называется отношением много-ко-многим. В табл.1 приведены характеристики трех основных мощностей отношений.
Табл. 1. Три основные мощности отношений
|
Мощность |
Обозначение |
Пример |
|
Один -к- одному |
1:1 или 1-1 |
У мужа есть одна жена. У жены есть один муж (мощность отношения один-к-одному) |
|
Один – ко -многим |
1:* или 1-* |
Служащий работает в одном отделе. В отделе работает много служащих (Мощность отношения один-ко-многим) |
|
Много –ко -многим |
*:* или *-* |
Студент посещает много курсов. Курс слушает много студентов (Мощность отношения много-ко-многим) |
Мы представляем объектные множества в виде прямоугольников, а их элементы — в виде точек. Это очень абстрактно. (Что может иметь меньше характеристик, чем точка?) Мы обычно представляем себе элементы объектных множеств обладающими некоторыми атрибутами, позволяющими их различать. Например, у человека есть имя, дата рождения, номер страховки, рост, вес, пол, цвет волос, мать. отец и, возможно, супруг(а). Как представлять эти атрибуты?
На самом деле, атрибут объекта — просто функциональное отношение объектного множества этого объекта к другому объектному множеству. Так, два из перечисленных выше атрибутов представлены в виде отношений на рис.12.
Рис. 12. Изображение атрибутов объекта
Атрибут. Функциональное отношение объектного множества с другим объектным множеством.
Однако иногда удобно представлять атрибуты более простым образом, как на рис. 13, Обратите внимание, что имя отношения и имя объекта в некотором смысле комбинируются, давая вместе имя атрибута, особенно ДАТА-РОЖДЕНИЯ. Таким образом, мы видим, что такая запись атрибутов является просто краткой записью отношений. Обычно такой краткой записью можно пользоваться, если мы не собираемся использовать атрибут как объект, участвующий в других отношениях.
Рис. 13. Краткая форма изображения атрибутов объекта
При нормальном использовании (которого мы будем придерживаться) атрибуты являются функциональными отношениями в направлении от объекта к атрибуту. Это означает, что значение атрибута однозначно определено для каждого элемента объекта. Например, у каждого человека есть ровно одна дата рождения и (в нашей базе данных) ровно один номер страховки. Максимальная мощность отношения со стороны атрибута в таком отношении всегда равна одному, поэтому в наших диаграммах мы будем ее опускать. Если для некоторого элемента объектного множества значение некоторого атрибута не определено, то мы говорим, что этот атрибут имеет пустое значение для элемента объектного множества.
Важно понимать, что атрибуты нужно в концептуальном плане отделять от объектов, которые они описывают. Вспомните, ранее мы обсуждали, что значения атрибутов могут часто меняться, в то время как описываемый ими объект остается тем же самым. Так, у человека может измениться рост, вес и цвет волос, но это будет тот же самый человек. Это не означает, что значения всех атрибутов меняются. В действительности, мы часто пытаемся найти атрибуты, значения которых не меняются, поскольку их можно использовать в качестве внешних ключей.
Ключи. Ключ — это значение, которое однозначно определяет элемент объектного множества. Мы ранее упоминали суррогатные ключи, которые используются в компьютерных системах для идентификации элементов абстрактных (нелексических) объектных множеств. В реализации концептуальной базы данных каждый человек из объектного множества ЧЕЛОВЕК получит суррогатный ключ для идентификации этого человека внутри базы данных. Однако, поскольку суррогатные ключи не могут быть использованы вне системы, пользователям базы данных требуются другие средства идентификации элементов множества ЧЕЛОВЕК. Для этого используются внешние ключи.
Внешний ключ (иногда называется идентификатором) — это лексический атрибут или набор лексических атрибутов, значения которых всегда однозначно определяют элемент объектного множества. Лексический атрибут — это атрибут, созданный с участием лексического объектного множества. Таким образом, внешние ключи пользователи могут использовать для идентификации с их помощью конкретных элементов объектного множества вне системы базы данных. Например, на рис. 15 ,№-СТРАХОВКИ может служить ключом для объекта ЧЕЛОВЕК, если допустить, что каждый номер страховки соответствует ровно одному человеку. Таким образом, минимальная и максимальная мощности в направлении от №-СТРАХОВКИ к ЧЕЛОВЕК будут 1,1. ДАТА-РОЖДЕНИЯ, напротив, не может служить ключом, так как любая данная дата может быть днем рождения нескольких разных людей.
Ключ. Значение, которое всегда можно использовать для однозначного определения элемента объектного множества.
Внешний ключ. Набор лексических атрибутов, значения которых всегда однозначно определяют элемент объектного множества.
Идентификатор. Внешний ключ.
Иногда для создания ключа требуется более одного атрибута. Предположим, что ЧЕЛОВЕК с рис. 15 используется в генеалогической базе данных, отслеживающей генеалогические деревья. Поскольку многие люди из объекта ЧЕЛОВЕК умерли до появления страховок, в качестве ключа придется использовать не №-СТРАХОВКИ, а что-то другое. Возможно, достаточно окажется имени, даны рождения и места рождения. Если это так, то ключом будет комбинация этих трех атрибутов. Если нет, придется привлекать дополнительные атрибуты. Если нужно, мы всегда можем создать идентификационный номер, однозначность которого будет заложена в системе.
Мы показываем, что атрибут служит внешним ключом, подчеркивая его имя.
Не для каждого объекта нужен ключ. Например, в базе данных, записывающей продажи, пользователя может интересовать только продаваемый товар и объем продажи. Очевидно, что многие продажи могут иметь одни и те же значения объема и товара. Совершенно неразумно заставлять пользователя создавать однозначный ключ для каждой продажи. Таким образом, база данных будет записывать только ту информацию о продажах, в которой заинтересован пользователь, однако она будет создавать отдельную запись для каждой продажи. Так, на рис. 14 показаны две разные продажи, в которых продавался товар А237 в количестве 5.95. Пользователь увидит две продажи, не имея никакой возможности различить их; но его это и не интересует. Таким образом, отсутствие ключа не имеет последствий.
Рис. 14. Продажи с одинаковыми значениями атрибутов
Конкретизация/обобщение и атрибуты. Если объект является конкретизацией другого объекта, то тогда конкретизированный объект наследует все атрибуты и отношения обобщенного объекта. ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК, например, является конкретизацией объекта ЧЕЛОВЕК. Поэтому у состоящего в браке человека есть имя, номер страховки, адрес и т.д. просто потому, что он является человеком. Объект ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК наследует эти атрибуты от объекта человек. Кроме того, у конкретизированного объекта могут быть свои собственные атрибуты. Например, СУПРУГ будет атрибутом объекта ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК, но не объекта ЧЕЛОВЕК. Эти понятия иллюстрируются рисунком 15.
Рис. 15. Наследование атрибутов при конкретизации
Наследование. Свойство объектного подмножества обладать всеми атрибутами объемлющего множества.
Конкретизированные объекты наследуют не только атрибуты, но и все отношения. На рис. 16 показано, что ЧЕЛОВЕК связан с объектом КОМПАНИЯ отношением РАБОТАЕТ-В.
Рис. 16. Наследование отношений
ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК, будучи конкретизацией объекта ЧЕЛОВЕК, также связан с объектом КОМПАНИЯ отношением РАБОТАЕТ-В. Предположим, что Джон Доу женат и работает на фирме XYZ. У нас есть точка объекта ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК, представляющая Джона Доу, точка объекта ЧЕЛОВЕК, представляющая его же, и точка объекта КОМПАНИЯ, представляющая XYZ. Джон Доу из объекта ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК связан с Джоном Доу из объекта ЧЕЛОВЕК, который связан с компанией XYZ. Следовательно, Джон Доу объекта ЖЕНАТЫЙ ЧЕЛОВЕК связан с компанией XYZ.
Наследование атрибутов и отношений является важной идеей, поскольку она позволяет определять подмножества объектных множеств обладающих своими собственными атрибутами и отношениями и сохраняющие все атрибуты и отношения объемлющего множества. Это дает возможность более точно моделировать реальность, чем без идеи наследования.
МУЖЧИНА является конкретизацией ЧЕЛОВЕКА
Первоклассник является конкретизацией Школьник
Иванов И.И. является конкретизацией студента
Страна – столица 1-1
Студент-зачетка 1-1
Продавец – покупатель *-*
Студент-кафедра *-*
Аудитория - компьютер 1-*
|
Название объекта на рисунке |
Значение |
|
Клиент |
Объектное множество |
|
Код-клиента |
Ключевой атрибут |
|
Физическое лицо |
Конкретизация |
|
Юридическое лицо |
Конкретизация |
|
Представитель |
Атрибут |
|
Дата рождения |
атрибут |
|
Пол |
атрибут |
|
Число служащих |
атрибут |
|
Тип организации |
атрибут |
Исходными данными для построения модели является набор вопросов, на которые должна система отвечать. Для выполнения этого задания необходимо описать предметную область. Проанализировать вопросы и определить объектные множества, отношения, атрибуты, мощности и ключи. Система должна давать ответы на все ниже перечисленные и подобные им вопросы.
2 Для объектных множеств указать являются ли они лексическими или абстрактными. Для ключевых атрибутов – суррогатный ключ или естественный.