Моделювання предметної області при створенні інформаційної системи

Предметна область(ПО) – це уявно обмежена область реальної дійсності, що розглядається в межах даного контексту. Під контекстом тут може розумітися, наприклад, область дослідження або область, яка є об'єктом деякої діяльності. Визначення предметної області передбачає встановлення її границь, тобто того, що буде розглядатися як приналежне до цієї області, та виявлення зв'язків з елементами оточуючого середовища.

На визначення предметної області суттєво впливає мета дослідження та рівень компетентності дослідника. Часто єдиним можливим способом окреслення меж предметної області та її зв'язків з оточуючим середовищем є використання метода експертних оцінок. В якості експертів відбирають осіб, компетентних щодо досліджуваної системи та задач дослідження середовища, з якого вона виділяється, способів отримання та обробки інформації. Коректне визначення предметної області є необхідною передумовою успіху будь-якого дослідження.

Модель предметної області складається з понятійної і змістовної моделей (рис. 2.4).

Понятійна модель предметної області - сукупність понять (концептів, термінів) і відношень між ними, яким відповідають сутності реального світу, реалізована так, що будь-яке відношення є поняттям.

При розробці інформаційної системи зазвичай використовується онтологія предметної області, яка є набором визначень, понять і їх взаємозв'язків. Онтологія ПО визначає структуру знань цієї області, терміни онтології також використовуються при вирішенні задач. Системи, засновані на знаннях, дозволяють змінювати знання, але не дозволяють змінювати онтологію, оскільки вона фіксується при створенні програмної системи.

В принципі існують предметні області, в яких може змінюватися (розширюватися) як система знань, так і використовувана система понять (онтологія). Крім того, існують складно структуровані предметні області, де розділи онтології мають схожу структуру, для визначення якої може використовуватися онтологія більш високого рівня спільності (онтологія онтології). Також існує схожість між онтологіями і вищими рівнями спільності, що може бути описане в термінах онтологій ще вищого рівня [4].

Змістовна модель предметної області (МПО) – це сукупність інформаційних елементів, яким відповідають поняття (концепти, терміни) понятійної моделі, і відношень між ними. Понятійна частина визначає концепти, терміни предметної області і відношення між ними. Понятійна МПО є базовою ланкою в роботі з інформацією, оскільки вона визначає «каркас», на який кріпиться змістовна складова.

Інформаційні елементи змістовної МПО відповідають реальним об'єктам предметної області. Відношення, що описуються термінами понятійної МПО, можна розділити на два типи: змістовні і понятійні. Змістовні визначають стосунки одного інформаційного елементу до іншого, а понятійні -- стосунки елементу до концепту з понятійної МПО.

Рис. 2.4. Структура модель предметної області

Якщо понятійну і змістовну моделі розглядати як орієнтовані графи, вершинами яких є поняття та відповідні їм інформаційні елементи відповідно, а дугами – відношення між ними, то МПО є обєднанням графів понятійної і змістовної моделі. Своєю чергою, с емантичну информацію І можна розглядати як підграф моделі предметної області.

Побудова інформаційних систем неможлива без інформаційного обміну. Інформаційний обмін - це процес, в який залучені відправник і отримувач (або адресат), з'єднані надійним каналом зв'язку, і який полягає в передачі повідомлення від відправника до отримувача за каналом зв'язку.

У працях одного із засновників теорії інформації А.Н. Колмогорова стверджується: «Інформація є характеристика не повідомлення, а співвідношення між повідомленням і його споживачем. Без наявності споживача, хоча б потенційного, говорити про інформацію безглуздо». Згідно цього визначення, «інформація - це те, що змінює уявлення (знання) її отримувача про що-небудь в межах певної предметної області» [70].

Дійсно, згідно з визначенням інформація змінює МПО її отримувача. Тоді інформації можна поставити у відповідність змінений фрагмент МПО, якому і була надана назва семантичної інформації. В цьому визначенні свідомо не використовується теза про інформацію як характеристику співвідношення між повідомленням і споживачем, оскільки при розробці інформаційних систем необхідно говорити про інформацію не лише з погляду її споживача, але і з погляду її відправника. Слід чекати, що обидва вони володіють власними МПО, при цьому почасти відправник не має відомостей або має неповні відомості про МПО отримувача. Тому відправник інформації може розглядати її лише у рамках власної МПО. Аналогічно, МПО отримувача інформації може бути не узгоджена з МПО відправника, і отримувач зможе зрозуміти лише якусь її частку, що відповідним чином відіб'ється в його МПО. Таким чином, вихідному поняттю «інформація» у межах моделі інформаційного обміну можна поставити у відповідність термін «інтерпретація інформації» - семантична інформація, отримана унаслідок інформаційного обміну (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Схема інформаційного обміну [70]

Інтерпретація семантичної інформації Int(I) - це семантична інформація, отримана адресатом як результат інформаційного обміну, в якому відправником була надіслана семантична інформація I.

Моделювання предметної області (ПО) лежить в основі проектування ІС. Для того, щоб отримати адекватний ПО проект ІС у вигляді системи коректно працюючих програм, необхідно мати цілісне, системне представлення моделі, яке відбиває всі аспекти функціонування майбутньої інформаційної системи.

Всі сучасні технології проектування ІС базуються на використанні методології моделювання предметної області. При цьому під моделлю предметної області (МПО) розуміють деяку систему, що імітує структуру або функціонування досліджуваної предметної області і відповідає основній вимозі - вимозі адекватності цій області.

До моделей предметних областей пред'являються наступні вимоги:

· формалізованість, що забезпечує однозначний опис структури предметної області;

· зрозумілість для замовників і розробників, наочність, які забезпечуються застосуванням графічних засобів відображення моделі;

· здійсненність, яка передбачає наявність засобів фізичної реалізації моделі предметної області в ІС;

· забезпечення оцінки ефективності реалізації моделі предметної області на основі певних методів і обчислюваних показників.

Для реалізації перерахованих вимог, як правило, будується система моделей, яка відображає структурний і діагностичний (оціночний) аспекти функціонування наочної області.

Структурний аспект загалом передбачає представлення:

· об'єктної структури, що відбиває склад тих матеріальних і інформаційних об'єктів предметної області, що взаємодіють між собою в процесах ПО;

· функціональної структури, що відображує взаємозв'язок функцій (дій) по перетворенню об'єктів в процесах;

· структури управління, що відбиває події і бізнес-правила, які впливають на виконання процесів;

· організаційної структури, що відбиває взаємодію організаційних одиниць підприємства і персоналу в процесах;

· технічної структури, що описує топологію розташування і способи комунікації комплексу технічних засобів.

Для відображення структурного аспекту моделей предметних областей переважно використовуються графічні методи, які повинні гарантувати адекватне представлення інформації про компоненти системи. Головна вимога до графічних методів документування — простота за здатності підтримати відображення структурної декомпозиції специфікацій системи з максимальним ступенем деталізації і узгоджень описів на суміжних рівнях декомпозиції.

З моделюванням безпосередньо пов'язана проблема вибору мовипредставлення проектних рішень, що дозволяє долучати якомога більше майбутніх користувачів системи до її розробки. Мова моделювання – це нотація, в основному графічна, яка застосовується для опису моделей. Нотація є сукупністю графічних об'єктів, які використовуються в моделі. Нотація є синтаксисом мови моделювання. Мова моделювання, з одного боку, повинна робити рішення проектувальників зрозумілими користувачеві, а з іншого боку, надавати проектувальникам засоби достатньо формалізованого і однозначного визначення проектних рішень, що підлягають реалізації у вигляді програмних комплексів, які створюють цілісну систему програмного забезпечення. Графічне зображення нерідко виявляється найбільш ємкою формою представлення інформації.

Головний критерій адекватності структурної моделі предметній області полягає у функціональній повноті ІС, що розробляється. Оціночні аспекти моделювання предметної області пов'язані з передбачуваними показниками ефективності процесів, що автоматизуються:

· час вирішення задач;

· вартісні витрати на обробку даних;

· надійність процесів;

· непрямі показники ефективності, такі, як обсяги виробництва, продуктивність праці, оборотність капіталу, рентабельність тощо.

Для розрахунку показників ефективності зазвичай використовуються статичні методи функціонально-вартісного (АВС) аналізу і динамічні методи імітаційного моделювання.

У основі різних методологій моделювання предметної області ІС лежать принципи послідовної деталізації абстрактних категорій. Зазвичай моделі будуються на трьох рівнях:

зовнішньому рівні (визначення вимог);

концептуальному рівні (специфікація вимог) і

внутрішньому рівні (реалізація вимог).

На зовнішньому рівні модель забезпечує відповідь на питання, що повинна робити система, тобто визначається склад основних компонентів системи: об'єктів, функцій, подій, організаційних одиниць, технічних засобів.

На концептуальному рівні модель забезпечує відповідь на питання, як повинна функціонувати система, тобто визначається характер взаємодії компонентів системи одного і різних типів.

На внутрішньому рівні модель забезпечує відповідь на питання, за допомогою яких програмно-технічних засобів реалізуються вимоги до системи. З позиції життєвого циклу ІС описані рівні моделей відповідно будуються на етапах аналізу вимог, логічного (технічного) і фізичного (робочого) проектування.