Особенности фактографических ИС

5.1.2. Уровни представления данных

Наиболее широко распространено рассматриваемое  в дальнейшем трёхуровневое представление  данных о предметной области. Такому представлению соответствуют три  типа моделей:

• концептуальная модель банка данных – модель внешнего уровня иерархии, наиболее точно отображающая предметную область;
• логическая модель банка данных – промежуточная модель, обеспечивающая переход от концептуальной модели предметной области к физической модели банка данных;
• физическая модель банка данных – модель низшего уровня иерархии, с которой работает компьютер.

Независимо от числа уровней  представления данных в банке  данных процесс функционирования ФИС  состоит в следующем:

• сбор данных о предметной области и запросах к банку данных на естественном языке;
• многоуровневое структурирование данных на различных уровнях их представления;
• ввод данных в банк данных;
• поиск и обработка данных;
• формирование выходной продукции.

Упрощённая схема взаимодействия пользователя с фактографическим банком данных такова: запрос на языке описания данных (ЯОД) формируется с использованием логической модели данных, СУБД работает с данными физической модели банка данных, выходная продукция поступает пользователям в терминах логической модели.

Сложность фактографических ИС, так же как и документальных ИС, не позволяет рассматривать их в одном измерении. Необходимы различные варианты стратифицированного представления. Выше были рассмотрены варианты таких представлений в виде схемы трёхуровневого представления данных и схемы взаимодействия пользователей с фактографическим банком данных. Также существуют структурная схема процесса функционирования ИС, покомпонентная декомпозиция, декомпозиция на обеспечивающие подсистемы. Каждое из этих представлений относится к одному и тому же объекту, но иллюстрирует его различные стороны.

5.2. Компоненты и пользователи банка данных

Банки данных фактографических информационных систем состоят из следующих компонентов:

• ЭВМ;
• база данных;
• администратор БД (лицо или группа лиц, реализующих управление банком данных посредством СУБД).

Различают следующие виды пользователей  банков данных:

• пользователи-задачи – регламентированные по содержанию и форме запросы к банку данных;
• пользователи-люди (программисты и непрограммисты). Пользователи-программисты совершенствуют, расширяют и изменяют программную среду банка данных. Пользователи-непрограммисты (конечные пользователи) – учёные, руководители и сотрудники организаций.

6. Предметная область фактографических ИС

Каждая АИС соотносится с  определённой частью реального  мира, которую принято называть предметной областью системы. Так как каждая система ориентирована на выполнение определённых функций в соответствующей ей области, то её предметную область следует рассматривать как результат целенаправленного отражения фрагмента реального мира с позиций интересов АИС.

Реализацию различных функций  по обработке, информации осуществляют прикладные системы, входящие в состав АИС, каждая из которых требует информации об определённой части предметной области – проблемной среде. Проблемные среды различных прикладных систем АИС могут находиться в различном соотношении – быть независимыми, пересекаться или же включаться одна в другую.

Путём регистрации отдельных фактов, относящихся к тем или иным явлениям реального мира, собирается информация о предметной области фактографической информационной системы, на базе которой строится описание предметной области – её модель. База данных, являющаяся неотъемлемой компонентой ФИПС, рассматривается как динамическая модель предметной области.

Применительно к некоторым областям гуманитарного исследования, например исторического или правового, понятие предметной области, её описание и моделирование имеет определённую специфику. Выше дано определение предметной области как результат целенаправленного отражения фрагмента реального мира с позиций интересов АИС. Корректное толкование терминов «реальный мир» или «действительность» требует понимать их как объективную реальность (т.е. существующее в действительности) во всей её конкретности, как совокупность исторических, общественно-политических и юридических явлений. Однако часто предметной областью фактографической БД, создаваемой историком, философом, юристом или другим исследователем, является не реальная действительность, а совокупность документов, исторических источников, правовых актов, которые лишь косвенно отражают реальность. В этом случае корректнее говорить не о моделировании фрагмента исторической или правовой реальности, а о моделировании совокупности источников, используемой для исследования какой-либо проблемы. Тогда созданную модель можно рассматривать как новый «метаисточник», который в большинстве случаев тем более адекватен реальности (или проблеме), чем больше разнообразных источников он охватывает. Однако (независимо от особенностей толкования предметной области) не следует забывать, что специфика рассматриваемого типа АИПС требует фиксации в её БД жёсткоструктурированной информации о предметной области. Фактографическая БД предназначена для хранения такой информации (фактов), почерпнутой при анализе реальной действительности или совокупности документов, опосредованно или косвенно её представляющих.

7. Принципы построения фактографических БД

Основные принципы построения фактографических БД:

• однократность ввода данных, многократность и многоаспектность их использования;
• организация данных сложной структуры, ориентированной на возможность их произвольной выборки в соответствии с поступающими запросами;
• централизация хранения и обработки данных на основе их интеграции, т.е. возможность взаимосвязи элементов данных, относящихся к различным массивам;
• неизбыточность данных, т.е. отсутствие их дублирования в различных массивах;
• защита данных от несанкционированного доступа, возможность использования конкретным пользователем отдельных процедур их обработки.

Способы организации данных в БД оказывают влияние на оперативность поиска, полноту и точность поиска, объёмы памяти ЭВМ и т.д.

7.1. Уровни организации данных

Архитектура современных фактографических БД предусматривает сложную многоуровневую систему организации данных. Каждый уровень системы соответствует определённому уровню абстрагирования при рассмотрении структуры БД, имеющему определённое целевое назначение. Например, для человека-пользователя, не являющегося специалистом в области обработки данных, выбирается один уровень абстрагирования; для выполнения качественного проектирования структур данных в базе – другой уровень; для решения задачи рациональной организации БД в ЭВМ – третий и т.д. Такой подход к построению БД обеспечивает возможность представления в памяти ЭВМ сложных структур данных в виде, допускающем их программную обработку средствами СУБД. При такой архитектуре БД обладает высокой способностью адаптации к возможным изменениям, как в прикладных программах, так и в самих данных.

Различают следующие уровни организации данных:

• Внешний уровень определяет данные, представляющие интерес для отдельно взятого конкретного приложения (для конкретного пользователя). Пользователь понимает БД посредством внешней модели, которая является содержанием БД в том виде, в каком её представляет конкретный пользователь.
• Концептуальный уровень соответствует описанию предметной области в целом, т.е. определяет объекты, их характеристики и отношения, представляющие интерес для всех приложений. Концептуальная схема отражает семантическое восприятие информационного содержания БД обо всей отображаемой предметной области.
• Внутренний уровень определяет данные, представляющие интерес для проектирования и эксплуатации системы. Он охватывает логический и физический уровни. Логический уровень описывается посредством внутренней схемы, которая определяет различные типы хранимых записей, представления хранимых полей, последовательность полей и т.д. Физический уровень соответствует схеме организации данных в среде запоминания и хранения.

Для описания данных и связей между  ними на каждом уровне абстракции используется такое средство абстракции, как модель. Существует множество моделей, отражающих различные аспекты реального мира: физические, позволяющие понять физические свойства, математические, представляющие собой абстрактное описание мира с помощью математических знаков. Модель данных позволяет увидеть информационное содержание (семантику) данных.

Процесс функционирования фактографических банков данных состоит в следующем:

а) при вводе данных:

• сбор данных о предметной области;
• структурирование отобранных данных в соответствии с требованиями СУБД (перевод данных на язык СУБД);
• ввод данных;
• обработка данных.

б) при обработке и поиске информации:

• формулирование запроса на обработку информации на естественном языке;
• перевод запроса на язык СУБД;
• ввод запроса;
• поиск и обработка информации;
• формирование выходной продукции.

Упрощённая схема взаимодействия пользователя с интегрированной  АИС включает средства обработки документальной информации, фактографической информации и пакет прикладных программ для решения пользовательских задач.

8. Модели организации данных в фактографических информационных системах

Организация и поддержание логической структуры данных (схемы базы данных) обеспечивается средствами модели организации данных. Модель данных определяется способом организации данных, ограничениями целостности и множеством операций, допустимых над объектами организации данных. Соответственно модель данных разделяют на три составляющие — структурную, целостную и манипуляционную.

Известны три основные модели организации  данных:

• иерархическая;
• сетевая;
• реляционная.

8.1. Иерархическая модель

В иерархической модели объекты-сущности и отношения предметной области представляются наборами данных, которые имеют строго древовидную структуру, т. е. допускают только иерархические (структурные) связи-отношения.

База данных с иерархической  моделью данных состоит из упорядоченного набора экземпляров структуры типа «дерево».

В иерархической модели устанавливается строгий порядок обхода дерева (сверху-вниз, слева-направо) и следующие операции над данными:

• найти указанное дерево (например, отдел № 3);
• перейти от одного дерева к другому;
• перейти от одной записи к другой (например, от отдела к первому подразделению);
• перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;
• удалить текущую запись.

Основное внимание в ограничениях целостности в иерархической модели уделяется целостности ссылок между предками и потомками с учетом основного правила: никакой потомок не может существовать без родителя.

8.2. Сетевая модель

Сетевая модель является расширением  иерархической, но в отличие от иерархической, в сетевой модели объект-потомок может иметь не одного, а вообще говоря, любое количество объектов-предков. Тем самым допускаются любые связи-отношения, в том числе и одноуровневые. В результате сущности и отношения предметной области АИС представляются графом любого (не только древовидного) типа.

Сетевая СУБД состоит из одного или  нескольких типов записей (типов информационных объектов) и набора типов связей между ними. Каждый тип записей представлен в БД набором экземпляров записей данного типа. Аналогично каждый тип связи представлен набором экземпляров связей данного типа между конкретными экземплярами типов записей.

В сетевой модели устанавливаются  следующие операции над данными:

• найти конкретную запись (экземпляр) в наборе однотипных записей;
• перейти от предка к первому потомку по некоторой связи;
• перейти к следующему потомку по некоторой связи;
• создать новую запись;
• уничтожить запись;
• модифицировать запись;
• включить в связь;
• исключить из связи;
• переставить в другую связь.

Реализация связей и сведений по ним в виде отдельных записей в БД обеспечивает одну важную отличительную особенность сетевых СУБД – навигацию по связанным данным. Сетевые СУБД обеспечивают возможность непосредственной «навигации» (перехода) от просмотра реквизитов экземпляра одного типа записи к просмотру реквизитов экземпляра связанного типа записей. Тем самым пользователю предоставляется возможность многокритериального анализа базы данных без непосредственной формализации своих информационных потребностей через формирование запросов на специальном языке, встроенном в СУБД. Поэтому СУБД с сетевой организацией данных иногда еще называют СУБД с навигацией.

Другой сильной стороной сетевой  модели является также использование  множественных типов данных для описания атрибутов информационных объектов (записей), что позволяет создавать информационные структуры, которые хорошо отражают традиционную табличную форму представления структурированных данных.

Сетевая модель позволяет наиболее адекватно отражать инфологические схемы сложных предметных областей.

8.3. Реляционная модель

В реляционной модели объекты-сущности инфологической схемы предметной области АИС представляются плоскими таблицами данных. Столбцы таблицы, называемые полями базы данных, соответствуют атрибутам объектов-сущностей инфологической схемы предметной области. Множество атомарных значений атрибута называется доменом.