Цілі та засоби семантичного моделювання

Спочатку в теорії баз даних основна увага приділялася засобам ефективної організації даних і маніпулювання ними. В результаті виникли три основні моделі даних: ієрархічна, мережна та реляційна. Вважалося, що запропоновані засоби досить універсальні для подання інформації про будь-яких предметних областях. Однак ці моделі не містять розвинених засобів для подання сенсу даних. Семантика реальної предметної області повинна незалежним від моделі способом представлятися в свідомості проектувальника. Тому в останні роки одержав розвиток напрямок, що виникло в кінці 1970-х – початку 1980-х рр. – семантичне, або концептуальне, моделювання в БД. Його основна мета – організація інтерфейсу проектувальника, а також кінцевого користувача з інформаційною системою на рівні уявлень про предметної області, а не на рівні структур даних. В результаті будувалася модель предметної області, що не залежить ні від конкретної СУБД, ні від технічних засобів. Інтерес до цього напрямку зріс також у зв'язку з розвитком засобів автоматизованого проектування БД на основі САЅЕ-технологий.

В даний час визначився основний підхід до вирішення завдань семантичного моделювання в БД. Він полягає у виділенні двох рівнів моделювання.

1. Концептуального моделювання предметної області.

2. Моделювання власне БД.

На першому рівні здійснюється перехід від неформалізованої опису предметної області та інформаційних потреб кінцеdого користувача до формального виразу з допомогою спеціальних мовних засобів. На другому рівні відбувається перетворення концептуальної моделі предметної області у схему БД і нормалізація схеми БД.

Перший рівень завдання семантичного моделювання характеризується чотирма основними етапами.

1. Насамперед, виявляється деяке безліч семантичних концепцій (понять), які можуть бути корисні при неформальному обговорення реального світу. Наприклад, можна погодитися з тим, що світ побудований з сутностей. Розвиваючи цю концепцію, можна допустити, що сутності можуть бути класифіковані за різними типами. Перевага такої класифікації полягає в тому, що всі сутності певного типу будуть володіти деякими загальними властивостями. Більш того, можна піти ще далі і погодитися з тим, що кожна сутність має якимось особливим властивістю, призначеним для її ідентифікації, тобто з тим, що кожна сутність володіє власною ідентичністю. Нарешті, можна припустити, що кожна сутність співвідноситься з іншими сутностями за допомогою деяких зв'язків.

2. Далі визначається набір відповідних символічних (формальних) об'єктів, які можуть використовуватися для подання описаних вище семантичних концепцій.

3. Потім визначається набір формальних загальних правил цілісності, призначених для роботи з такими формальними об'єктами.

4. Нарешті також визначається набір формальних операторів, призначених для маніпулювання цими формальними об'єктами.

До теперішнього часу розроблено багато різних концепцій для побудови таких моделей. Однією з таких концепцій є модель «сутність – зв'язок», запропонована П. Ченом ще в 1976 р., часто її коротко називають ER-моделлю. На різних різновидах ER-моделі засновано більшість підходів до проектування баз даних (головним чином, реляційні). Моделювання предметної області базується на використанні графічних діаграм, що включають невелике число різнорідних елементів.

5.2. МЕТОД «СУТНІСТЬ-ЗВ'ЯЗОК»

Метод «сутність–зв'язок» заснований на використанні графічних засобів – ER-діаграм. Тому метод називають також методом ER–діаграм, від абревіатури ER – Entity (сутність) і Relationship (зв'язок).

Основними поняттями методу «сутність–зв'язок» є: сутність, атрибут сутності, ключ сутності, тип сутності, зв'язок між сутностями, ступінь зв'язку, потужність зв'язку, тип зв'язку, ступінь участі сутності, діаграми ER-екземплярів, ER-діаграма.

Сутність являє собою безліч подібних індивідуальних об'єктів, інформація про які може зберігатися в базі даних. Екземпляри сутності індивідуальні, відрізняються один від одного і однозначно ідентифікуються. Сутності повинні мати найменування з чітким смисловим значенням. Назва сутності задається іменником в однині, наприклад: КЛІЄНТ, ЗАМОВЛЕННЯ, ПРАЦІВНИК.

Атрибут являє собою певну властивість сутності. Це поняття аналогічне поняттю атрибута відношенні. Так, атрибутами сутності ПРАЦІВНИК можуть бути його Табельний номер, Прізвище, Посада, Стаж і т. д.

Ключ сутності – атрибут або набір атрибутів, що однозначно ідентифікує екземпляр сутності. Поняття ключа сутності аналогічно поняттю ключа відношення.

Зв'язок – це логічне співвідношення між сутностями. Зв'язок передбачає залежність між атрибутами сутностей. Назва зв'язку представляється дієсловом або дієслівної фрази.

В якості прикладу можна навести такі зв'язку: КЛІЄНТ РОЗМІЩУЄ ЗАМОВЛЕННЯ (Іванов РОЗМІЩУЄ Ремонт комп'ютера), ПРАЦІВНИК ВИКОНУЄ ЗАМОВЛЕННЯ (Петров ВИКОНУЄ Ремонт комп'ютера).

Ступінь зв'язку вказує кількість сутностей, що беруть участь у зв'язку.

Потужність зв'язку служить для вказівки відносини відповідності кількості примірників сутностей, що беруть участь у зв'язку.

Найбільш поширеними є бінарні (ступінь два) зв'язку з потужностями «один до одного», «один до багатьох», «багато до багатьох».

За типом сутність може бути незалежною і залежною. У першому випадку існування суті не залежить від існування іншої сутності, у другому – залежить. Це означає, що поява примірника залежною (дочірньої) сутності можливо тільки при існуванні відповідного примірника основної (батьківської) сутності. Наприклад, сутність ЗАМОВЛЕННЯ є залежною від сутності КЛІЄНТ.

Зв'язки поділяються на ідентифікаційні і загальні. Індифікуючий зв'язок встановлюється між незалежною сутністю і залежною сутністю. Неідентифікуючий зв'язок між незалежними сутностями.

Ступінь участі сутності відображає факт обов'язковості участі примірників сутності до зв'язку.

Ступінь участі є обов'язковою, якщо всі екземпляри сутності беруть участь у розглянутій зв'язку, в іншому випадку ступінь участі суті є необов'язковою. Зокрема, у ідентифікуючому зв'язку для дочірньої сутності ступінь участі завжди буде обов'язковою.

Потужність зв'язку і ступеня участі сутностей при проектуванні БД визначаються специфікою предметної області.

Для визначення потужності зв'язку, ступеня участі сутностей, корисно використовувати діаграми ER- екземплярів. Діаграма показує відповідність примірників сутностей.

На рис. 1 приведена діаграма ER-екземплярів для сутностей ПРАЦІВНИК і ЗАМОВЛЕННЯ зі зв'язком ВИКОНУЄ стр.54

Діаграма показує, який конкретно замовлення виконує працівник.

На ER-діаграмі зображуються сутності зі своїми іменами і при необхідності атрибутами з виділенням ключових атрибутів. Сутність зображується прямокутником, причому залежна з округленими кутами. Зв'язок вказується лінією з ім'ям в ромбі: ідентифікуюча – суцільною лінією, неідентифікуюча – пунктирною. Необов'язкова ступінь участі позначається прозорим ромбом, обов'язкова – жирною крапкою. Потужність зв'язку вказується числами над лінією. На рис. 2 представлена ER-діаграма, відповідна наведеної діаграми ER-екземплярів. Рис. 2б. дає діаграму із зазначенням атрибутів і виділенням курсивом ключових атрибутів.

Диаграмма (54-55)

Залежно від ступеня участі і типів зв'язку можуть виникати різні варіанти ER-діаграм. Так, наведений вище варіант на рис.1, 2 дає приклад неидентифицирующей зв'язку потужності 1: 1 з необов'язковими ступенями участі для обох сутностей. Якщо висунути вимогу забезпечення всіх замовлень виконавцями, з умовою закріплення за кожною замовленням тільки одного з них, то отримаємо неидентифицирующую зв'язок з потужністю 1: М, обов'язковим ступенем участі для сутності ЗАМОВЛЕННЯ і необов'язковою ступенем участі для сутності ПРАЦІВНИК. Діаграма ER-екземплярів і ERдиаграмма для цього випадку наведено на рис. 3.

ДИАГРАММ