Информационная система Деканата

    Обобщение - это вид абстракции, позволяющей  соотнести множество объектов данных (знаков) с одним общим для них типом или множество типов -с супертипом. (Обобщение «знак-тип» называется классификацией). Подобным образом в модели определяется иерархия типов. Если обобщающий тип обладает некоторыми свойствами, то этими же свойствами обладают подчиненные типы. Заметим, что в представлениях БД знак, находящийся на нижнем уровне иерархии типов, является расширением для всех обобщающих его типов. Процесс, обратный обобщению, также часто используется при семантическом моделировании. В случае «тип-подтип» он называется классификацией; в случае «тип-знак» - экземпляризацией.

    Агрегация - это вид абстракции, посредством которой объект конструируется из других, базовых объектов. Агрегация может использоваться как на уровне знаков, так и на уровне типов, Например, в проектируемой схеме агрегация знаков 'Петренко', 'менеджер' порождает знак, соответствующий сотруднику (рассматриваемому как объект данных, моделирующий объект ПО). Агрегация, проведенная на уровне типов, индуцирует соответствующую агрегацию знаков объектов.

Процесс, обратный агрегации, называется пошаговой детализацией.

    Абстракции обоих видов используются в сочетании друг с другом и позволяют конструировать новые типы на основе знаков или базовых типов. Абстракции позволяют также декомпозировать сложные объекты, уточняя их семантику посредством подчиненных типов или базовых агрегируемых объектов.

    В модели выделяются два вида объектов ПО - сущности и связи. Объекты наделяются свойствами, причем сущности рассматриваются как агрегаты свойств, а связи - как агрегаты сущностей и, может быть, собственных свойств. Граница между этими категориями подчас оказывается весьма размытой.

    При построении семантической модели РБД  следует учитывать следующие  основные правила структурирования в ER-модели: свойство всегда связано с одним определенным типом объектов, т.е. одно и то же свойство не может характеризовать несколько типов (если только они не являются подчиненными общему типу); одни и те же объекты-сущности могут агрегироватся в любое количество связей; сущность может агрегироваться в некоторой связи несколько раз (в этом случае каждое вхождение сущности в связь характеризуется ее ролью в этой связи); связи могут агрегировать в себе любое количество сущностей (равное или большее двух).

    Связи не могут агрегировать связи. Число  сущностей, агрегированных в связь, называется степенью связи. Если степень связи равна п, говорим, что это n-арная связь; при п=2 связь называется бинарной, при п=3 - тернарной.

    Свойства  в ER-модели могут быть простыми (подобно атрибутам РМД) или агрегатными. ( агрегат свойств ). Свойства могут быть однозначными, имеющими одно скалярное значение для каждого объекта, или многозначными, имеющими несколько скалярных значений. Аналогом домена РМД служит множество (скалярных) значений. Каждое свойство ассоциируется с типом сущности или связи путем задания отображения от объекта к множеству значений.

    Формально структурная спецификация ER-модели задается следующим образом. Прежде всего, вводится множество Е={Е1,...,Еm} типов сущностей, где Ei={ei1,..., еiMі} - множество сущностей. Введем теперь множество R={R1,..., Rp} типов связей. Пусть (Е1,..., Еn) - совокупность сущностей (не обязательно различных), агрегируемых в n-арную связь Rj, Lj={lj1,...,ljn} - множество ролей каждого типа сущности Ek в типе связи Rj. Тогда Rj={(lj1/e1,..., ljn/en) | е1єЕ1,..., еnєЕn}, где ljk/ek обозначает поименованную ролью ljk сущность ek. Поскольку сущности в связи сопровождаются своей ролью, порядок их расположения не значим. По аналогии с РМД множества Е и R считаются конечными, но не фиксируются.

    Пусть теперь Vi ,..., Vn - множества скалярных значений. Многозначное агрегатное свойство можно определить как отображение φi:Еi—»(V1х...хVк)q или φj: Rj—»(V1x...xVk)q, где k - число агрегированных простых свойств, показатель декартовой степени q - число повторений агрегата. При k =1 получаем простое свойство. При q =1 свойство является однозначным.

    Наиболее  распространенным видом представления  схемы БД в ER-модели является ER-диаграмма. Это граф с тремя видами вершин: вершины-прямоугольники обозначают типы сущностей, вершины-ромбы - типы связей, вершины-овалы - множества значений (домены). Внутри вершины записывается соответствующее имя. Обычно фиксируется два вида именованных ребер. Ребра «сущность-связь» обозначают соответствующую агрегацию и имя ребра представляет роль сущности в связи. Ребра «объект-множество значений» соответствуют свойствам объекта. Ребра-свойства могут «ветвиться», образуя в общем случае направленный граф, показывающий иерархию имен агрегатов свойств. Двойным ребром на диаграмме обозначается многозначное свойство. При отображении каждый объект представляется реляционной таблицей.

      Согласно  определению, данному Ченом, объектом называется «предмет, который может быть четко идентифицирован». При этом объекты подразделяются на правильные и слабые объекты. Слабым объектом называется объект, который находится в зависимости от некоторого другого объекта, т. е. он не может существовать, если не существует этот другой объект. Правильным называется объект, который не является слабым. Вместо термина «правильный объект» иногда используют термин «сильный объект».

      В диаграмме каждый тип объекта  показан в виде отдельного прямоугольника с его именем внутри, причем слабые типы объектов изображают в двойной рамке.

      Объекты (и отношения) обладают некоторыми свойствами. Все объекты одного типа обладают некоторыми общими свойствами. Опишем некоторые виды свойств и их особенности:

а) простое или составное свойство;

б) ключевое свойство (уникальное в некотором контексте);

в) однозначное или многозначное свойство;

г) отсутствующее свойство («неизвестное» или «неприменимое»);

д) базовое или производное свойство.

    Свойства  показываются в виде эллипсов с названием  свойства, записанного внутри него. Эллипсы соединены сплошной линией с соответствующим объектом. Эллипс обведен штриховой линией, если свойство производное и двойной линией, если свойство многозначное. Если свойство составное, то составляющие его свойства показаны в виде других эллипсов, соединенных с эллипсом составного свойства с помощью дополнительных линий. Ключевые свойства, как правило, подчеркиваются, а множества их значений не показываются вовсе. В диаграмме сущность-связь отношение определяется как «ассоциация объектов».

    Существует  принципиальная разница между типами и экземплярами отношений, однако при  неформальном описании такими тонкостями можно пренебречь. Объекты, включенные в данное отношение, называются участниками данного отношения, а количество участников этого отношения называется степенью данного отношения.

    Пусть R является типом отношения, которое содержит тип объекта Е находится, по крайней мере, в одном экземпляре отношения R, тогда участие Е в отношении R называется полным, в противном случае - частичным.

    Отношения в модели сущность-связь могут  иметь тип один-к-одному, один-ко-многим, многие-к-одному, многие-ко-многим.

    Каждый  тип отношения показан в виде ромба с названием отношения внутри. Ромб окружен двойной линией, если отношение задано между слабым типом объекта и типом объекта, от существования которого находится в зависимости слабый тип объекта.

    Участники каждого отношения присоединены к соответствующему отношению сплошными линиями. Каждая такая линия содержит надпись «1» или «N» для обозначения типа отношения. Двойная линия обозначает полное участие.

    1.2 Описание диаграммы «сущность-связь»  для предметной области деятельности  организации.

    Сильными  объектами являются Студент, Преподаватель, Предметы.

    Свойством объекта Студент является ФИО, дата рождения, адрес, факультет, специальность, год поступления, номер группы, мед.осмотр, флюрография, номер зачётки.

    Свойствами  объекта Предметы являются название, форма контроля, № преподавателя, дата сдачи, № предмета.

    Объекты Студент, Предметы связаны отношениями сдает зачет, сдает экзамен.

    Объекты Преподаватель, Предметы связаны отношением препадает.

    Инфологическая  схема (ER-диаграмма) предметной области показана на рисунок 1.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 РАЗРАБОТКА СХЕМЫ  БАЗЫ ДАННЫХ И  ЕЕ НОРМАЛИЗАЦИЯ

    2.1 Ограничения целостности данных. Спецификация ограничений целостности в РБД. Функциональные зависимости атрибутов. Ключи.

    Отобразим инфологическую схему предметной области в даталогическую модель РБД. При этом каждому объекту предметной области соответствует отношение РБД, находящееся по крайней мере в первой нормальной форме с последующей оптимизация схем отношений с учетом функциональных зависимостей и потенциальных ключей отношений до нормальной формы Бойса - Кодца.

    Известно, что при столкновении с проблемами эффективной обработки больших объемов данных и интеграции новых представлений о структуре данных в действующую информационную систему для исправления ошибок, допущенных на начальных стадиях разработки становится необходимым проведение работ по реорганизации БД. Теория функциональных зависимостей (F-зависимостей) помогает избежать этих проблем и дает представление о том виде БД, при котором обеспечивается наибольшая эффективность ее функционирования.

    Определение F-зависимости. Известно, что когда мы говорим, что в DB-отношении выполняется зависимость X—>Y, имеем в виду, что каждый экземпляр р; отношения Р;, появляющийся в БД в процессе ее функционирования, отвечает условию "Y функционально зависит от X" . F-зависимости не могут быть вычислены на основании анализа экземпляров отношения в БД. Для этого необходимо анализировать все множество "допустимых экземпляров", для чего предлагается провести логический анализ предметной области БД. Теория F-зависимостей базируется на том, что в каждом DB-отношении между F-зависимостями существуют фундаментальные закономерности, с помощью которых можно выводить одни зависимости из других. Множество зависимостей, которые можно вывести из F называется замыканием F- F⁺. Известно, что схема БД a=(R,F) (носитель отношения, множество F-зависимостей) фактически задает множество ограничений. Теория F-зависимостей разработана для поиска "наименьших" множеств ограничений из класса эквивалентных множеств. Поддержка каждого ограничения при функционировании БД связана с выполнением дополнительных операций при введении в БД решение проблемы членства, т.е. решение вопроса, выводится ли новых кортежей отношений. Следовательно, минимизация числа поддерживаемых ограничений целостности приводит к уменьшению объема памяти, нужной для хранения отношения. Важным шагом в решении этой проблемы является заданная зависимость g из заданного множества F. При решении этой проблемы можно любым способом построить F⁺, а потом узнать, принадлежит ли зависимость замыканию F⁺, но построение F⁺ связано с перебором всех подмножеств множества F атрибутов носителя, что, к Однако правила целостности справедливы и для производных отношений (если к базовому отношению справедливо, например, правило: номер поставщика должен быть уникальным, то это справедливо и к каждой выборке строк этого отношения). Таким образом, правила целостности наследуются производными отношениями. Однако для производных отношений могут существовать дополнительные правила целостности либо противоречащие правила целостности базовых отношений. Таким образом, их необходимо задавать явно. Примером может служить определение базового ключа для представления.

    Первичный ключ есть частный случай потенциального ключа. Потенциальный ключ К для отношения R это подмножество атрибутов R, обладающих свойствами уникальности(нет двух различных кортежей в R с одинаковым знанием К) и неизбыточности ( ни какое из подмножеств К не обладает свойствами уникальности).

    Каждое  отношение имеет, по крайней мере, один потенциальный ключ (РК), состоящий из подмножества всех атрибутов. Либо эта комбинация будет обладать свойствами не избыточности и будет единственным потенциальным ключом, либо существует по крайней мере одно подходящее подмножество этой комбинации заведомо обладающее свойством уникальности и к тому же обладающее свойством неизбыточности.

    Если  R переменная отношения, тогда потенциальный_ключ К для R есть подмножество R, всегда обладающее свойствами уникальности ( нет двух различных кортежей в текущем значении переменной R с одинаковым значением К) и неизбыточности ( никакое из подмножеств К не обладает свойством уникальности).

    В отношении может быть несколько  потенциальных ключей. Потенциальный ключ, состоящий более чем из одного атрибута, называется составным. Потенциальный ключ, состоящий из одного атрибута, называется простым.

    (Иногда  неизбыточность называется минимальностью). Потенциальные ключи обеспечивают основной механизм адресации на уровне кортежей. Один из потенциальных ключей может быть выбран в качестве альтернативного ключа. Базовое отношение всегда должно иметь первичный ключ.

    Внешний ключ FK в отношении R2 есть подмножество атрибутов R2, такое, что существует базовое отношение Rl (R1 и R2 различны) с потенциальным ключом СК и каждое подмножество FK в текущем значении R2 всегда совпадает со значением СК некоторого кортежа в текущем значении R1.

    Таким образом, каждое значение внешнего ключа  в R2 есть значение потенциального ключа в R1 и они определены на одном домене. Внешний ключ FK может не быть частью первичного ключа в R2.

    Поддержание внешних ключей и поддержание  ссылочной целостности это одно и тоже. РБД не должна содержать несогласованных значений внешних ключей, то есть не должно быть значений внешнего ключа, для которого не существует соответствующего ему значение потенциального ключа. 
 

    2.2 Нормализация логической схемы  базы данных.

    Отношение находится в первой нормальной форме ( 1НФ ) ,если значения атрибута атомарны. Отношение находится во второй нормальной форме ( 2НФ ) если оно находится в 1НФ и каждый неключевой атрибут неприводимо зависим от первичного ключа. Отношение в 1НФ всегда можно свести к эквивалентному набору отношений в 2НФ. Отношение находится в ЗНФ тогда и только тогда, когда оно находится во 2НФ и каждый неключевой атрибут нетранзитивно зависит от первичного ключа.