Зависимость цели от внешних и внутренних факторов

При анализе причин возникновения и формулирования целей нужно учитывать, что на цель влияют как внешние по отношению к системе факторы (внешние требования, потребности, мотивы, программы), так и внутренние факторы (потребности, мотивы, программы самой системы и ее элементов, исполнителей цели); при этом последние являются такими же объективно влияющими на процесс целеобразования факторами, как и внешние (особенно при использовании в системах управления понятия цели как средства побуждения к действию).

9. Основные признаки сложных систем.

Деление на простые и сложные (большие) подчеркивает, что общая теория системы рассматривает именно сложные системы большого масштаба. Различают структурную и функциональную сложность.

Робастность – это способность сохранять работоспособность при отказе отдельных элементов и подсистем. Это свойство объясняется функциональной избыточностью сложных систем. Простая система может находиться не более чем в двух состояниях: полной работоспособности или полного отказа.

В составе сложных систем кроме значительного количества элементов присутствуют многочисленные и разные по типу (неоднородные) связи между элементами. Связи бывают структурные (в том числе иерархические), функциональные, каузальные (причинно-следственные, отношения истинности), информационные, пространственно-временные. По этому признаку будем отличать сложные системы от больших систем, которые представляют собой совокупность однородных элементов, объединенных связью одного типа.

Наконец сложные системы обладают свойством, которое отсутствует у любой из составляющих ее частей. Это интегративность (целостность), или эмерджентность. Другими словами, отдельное рассмотрение каждого элемента не дает полного представления о сложной системе в целом.

10. Закономерности систем: закономерность целостности.

Закономерность целостности проявляется в системе в появлении у нее новых свойств, отсутствующих у элементов.

Для того чтобы глубже понять закономерность целостности, необходимо, прежде всего, учитывать две ее стороны:

1. свойства системы (целого) Q_s не является простой суммой свойств составляющих ее элементов (частей):

Q_s ≠ ∑Q_i

2. свойства системы (целого) зависят от свойств составляющих ее элементов (частей):

Q_s = f(q_i)

Кроме этих двух основных сторон, следует иметь в виду, что объединенные в систему элементы, как правило, утрачивают часть своих свойств, присущих им вне системы, т.е. система как бы подавляет ряд свойств элементов. Но, с другой стороны, элементы, попав в систему, могут приобрести новые свойства.

11. Закономерности систем: закономерности интегративности и коммутативности.

Этот термин часто употребляется как синоним целостности. Однако некоторые исследователи выделяют эту закономерность как самостоятельную, стремясь подчеркнуть интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам, обусловливающим возникновение этого свойства, к факторам, обеспечивающим сохранение целостности.

Интегративными называют системообразующие, системосохраняющие факторы, в числе которых важную роль играют неоднородность и противоречивость элементов (исследуемые большинством философов), с одной стороны, и стремление их вступать в коалиции -- с другой.

Коммуникативность

Эта закономерность составляет основу определения системы, где система не изолирована от других систем, она связана множеством коммуникаций со средой, представляющей собой, в свою очередь, сложное и неоднородное образование, содержащее надсистему (метасистему -- систему более высокого порядка, задающую требования и ограничения исследуемой системе), подсистемы (нижележащие, подведомственные системы), и системы одного уровня с рассматриваемой.

Такое сложное единство со средой названо закономерностью коммуникативности, которая, в свою очередь легко помогает перейти к иерархичности как закономерности построения всего мира и любой выделенной из него системы.

12. Закономерности систем: закономерности иерархичности и эквифинальности.

Иерархичность Необходимо учитывать не только внешнюю структурную сторону иерархии, но и функциональные взаимоотношения между уровнями.

Выделим основные особенности иерархической упорядоченности с точки зрения полезности их использования в качестве моделей системного анализа:

1. В силу закономерности коммуникативности, которая проявляется не только между выделенной системой и ее окружением, но и между уровнями иерархии исследуемой системы, каждый уровень иерархической упорядоченности имеет сложные взаимоотношения с вышестоящим и нижележащим уровнями..

2. Важнейшая особенность иерархической упорядоченности как закономерности заключается в том, что закономерность целостности/эмерджентности (т.е. качественные изменения свойств компонентов более высокого уровня по сравнению с объединяемыми компонентами нижележащего) проявляется в ней на каждом уровне иерархии. При этом объединение элементов в каждом узле иерархической структуры приводит не только к появлению новых свойств у узла и утрате объединяемыми компонентами свободы проявления некоторых своих свойств, но и к тому, что каждый подчиненный член иерархии приобретает новые свойства, отсутствовавшие у него в изолированном состоянии.

Эквифинальность

Эта закономерность характеризует как бы предельные возможности системы. Л. фон Берталанфи, предложивший этот термин, определил эквифинальность как «способность в отличие от состояния равновесия в закрытых системах, полностью детерминированных начальными условиями,...достигать не зависящего от времени состояния, которое не зависит от ее начальных условий и определяется исключительно параметрами системы».

В соответствии с данной закономерностью система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

13. Закономерности систем: закономерности осуществимости. Закон необходимого разнообразия.

Для задач принятия решений наиболее важным является одно из следствий этой закономерности, которое можно упрощенно пояснить на следующем примере.

Когда исследователь (ЛПР -- лицо, принимающее решение, наблюдатель) N сталкивается с проблемой D, решение которой для него неочевидно, то имеет место некоторое разнообразие возможных решений V_d. Этому разнообразию противостоит разнообразие мыслей исследователя (наблюдателя) V_n. Задача исследователя заключается в том, чтобы свести разнообразие V_d -- V_n к минимуму, в идеале -- к 0.

Эшби доказал теорему, на основе которой формулируется следующий вывод: «Если V_d дано постоянное значение, то V_d -- V_n может быть уменьшено лишь за счет соответствующего роста V_n. только разнообразие в N может уменьшить разнообразие, создаваемое в D; только разнообразие может уничтожить разнообразие».

Применительно к системам управления закон «необходимого разнообразия» может быть сформулирован следующим образом: разнообразие управляющей системы (системы управления) V_su должно быть больше (или, по крайней мере, равно) разнообразию управляемого объекта V_ou:

V_su > V_ou.

Возможны следующие пути совершенствования управления при усложнении производственных процессов:

1. увеличение V_su, что может быть достигнуто путем роста численности аппарата управления, повышения его квалификации, механизации и автоматизации управленческих работ;

2. уменьшение V_ou, за счет установления более четких и определенных правил поведения компонентов системы: унификация, стандартизация, типизация, введение поточного производства, сокращение номенклатуры деталей, узлов, технологической оснастки и т.п.;

3. снижение уровня требований к управлению, т.е. сокращение числа постоянно контролируемых и регулируемых параметров управляемой системы;

4. самоорганизация объектов управления путем ограничения контролируемых параметров с помощью создания саморегулирующихся подразделений (цехов, участков с замкнутым циклом производства, с относительной самостоятельностью и ограничением вмешательства централизованных органов управления предприятием и т.п.).

14. Закономерности систем: закономерность целеобразования.

15. Принципы системного анализа: принцип конечной цели.

Системные принципы (системного подхода, системного анализа) – это некоторые положения общего характера, являющиеся обобщением опыта работы человека со сложными системами.

Это абсолютный приоритет конечной (глобальной) цели. Принцип имеет несколько правил:

• для проведения системного анализа необходимо в первую очередь сформулировать цель исследования. Расплывчатые, не полностью определенные цели влекут за собой неверные выводы;

• анализ следует вести на базе первоочередного уяснения главной цели (функции, основного назначения) исследуемой системы, что позволит определить ее существенные свойства, показатели качества и критерии оценки;

• при синтезе систем любая попытка изменения или совершенствования должна оцениваться относительно того, помогает или мешает она достижению конечной цели;

• цель функционирования искусственной системы задается, как правило, системой, в которой исследуемая система является составной ча

16. Принципы системного анализа: принципы измерения и эквифинальности.

Система может достигнуть требуемого конечного состояния, не зависящего от времени и определяемого исключительно собственными характеристиками системы при различных начальных условиях и различными путями. Это форма устойчивости по отношению к начальным и граничным условиям.

Принципы системного анализа: принципы единства и связности.

Принцип единства. Это совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов). Принцип ориентирован на «взгляд внутрь» системы, на расчленение ее с сохранением целостных представлений о системе.

Принцип связности. Рассмотрение любой части совместно с ее окружением подразумевает проведение процедуры выявления связей между элементами системы и выявление связей с внешней средой (учет внешней среды). В соответствии с этим принципом систему в первую очередь следует рассматривать как часть (элемент, подсистему) другой системы, называемой суперсистемой, или старшей системой.

Принцип модульного построения. Полезно выделение модулей в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей. Принцип указывает на возможность вместо части системы исследовать совокупность ее входных и выходных воздействий (абстрагирование от излишней детализации).

17. Принципы системного анализа: принципы модульного построения и иерархии.

Принцип иерархии. Полезно введение иерархии частей и их ранжирование, что упрощает разработку системы и устанавливает порядок рассмотрения частей.

18. Принципы системного анализа: принципы функциональности и развития.

Принцип функциональности. Это совместное рассмотрение структуры и функции с приоритетом функции над структурой. Принцип утверждает, что любая структура тесно связана с функцией системы и ее частей. В случае придания системе новых функций полезно пересматривать ее структуру, а не пытаться втиснуть новую функцию в старую схему. Поскольку выполняемые функции составляют процессы, то целесообразно рассматривать отдельно процессы, функции, структуры. В свою очередь, процессы сводятся к анализу потоков различных видов:

• материального потока;

• потока энергии;

• потока информации;

• смены состояний.

Принцип развития. Это учет изменяемости системы, ее способности к развитию, адаптации, расширению, замене частей, накапливанию информации. В основу синтезируемой системы требуется закладывать возможность развития, наращивания, усовершенствования. Обычно расширение функций предусматривается за счет обеспечения возможности включения новых модулей, совместимых с уже имеющимися.

19. Принципы системного анализа: принципы децентрализации и неопределенности.

Принцип децентрализации. Это сочетание в сложных системах централизованного и децентрализованного управления, которое, как правило, заключается в том, что степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставленной цели.

Недостатком централизованного управления является сложность управления из-за огромного потока информации, подлежащей переработке в старшей системе управления..

Принцип неопределенности. Это учет неопределенностей и случайностей в системе. Принцип утверждает, что можно иметь дело с системой, в которой структура, функционирование или внешние воздействия не полностью определены.

Перечисленные принципы обладают очень высокой степенью общности. Для непосредственного применения исследователь должен наполнить их конкретным содержанием применительно к предмету исследования.

20 Структура системного анализа

20. Этапы и виды декомпозиции

На этапе декомпозиции, обеспечивающем общее представление системы, осуществляются:

-Определение и декомпозиция общей цели исследования и основной функции системы как ограничение траектории в пространстве состояний системы или в области допустимых ситуаций. Наиболее часто декомпозиция проводится путем построения дерева целей и дерева функций.

-Выделение системы из среды (разделение на систему/«несистему») по критерию участия каждого рассматриваемого элемента в процессе, приводящем к результату на основе рассмотрения системы как составной части надсистемы.

-Описание воздействующих факторов.

-Описание тенденций развития, неопределенностей разного рода.

-Описание системы как «черного ящика».

-Функциональная (по функциям), компонентная (по виду элементов) и структурная (по виду отношений между элементами) декомпозиции системы.

Функциональная декомпозиция. Декомпозиция базируется на анализе функций системы.

Декомпозиция по жизненному циклу. Признак выделения подсистем — изменение закона функционирования подсистем на разных этапах цикла существования системы «от рождения до гибели».

Декомпозиция по физическому процессу. Признак выделения подсистем — шаги выполнения алгоритма функционирования подсистемы, стадии смены состояний. Декомпозиция по подсистемам (структурная декомпозиция). Признак выделения подсистем — сильная связь между элементами по одному из типов отношений (связей), существующих в системе (информационных, логических, иерархических, энергетических и т.п

21. Этапы анализа

22. Этапы синтеза

Разработка модели требуемой системы (выбор математического аппарата, моделирование, оценка модели по критериям адекватности, простоты, соответствия между точностью и сложностью, баланса погрешностей, многовариантности реализаций, блочности построения).

Синтез альтернативных структур системы, снимающей проблему.

Синтез параметров системы, снимающей проблему.

Оценивание вариантов синтезированной системы (обоснование схемы оценивания, реализация модели, проведение эксперимента по оценке, обработка результатов оценивания, анализ результатов, выбор наилучшего варианта).

23. Формирование общего представления систем

Стадия 1. Выявление главных функций (свойств, целей, предназначения) системы. Формирование (выбор) основных предметных понятий, используемых в системе. На этой стадии речь идет об уяснении основных выходов в системе. автоматизированной информационной системы — сведения (о чем?) и т.д.).

Стадия 2. Выявление основных функций и частей (модулей) в системе. Понимание единства этих частей в рамках системы. На этой стадии происходит первое знакомство с внутренним содержанием системы, выявляется, из каких крупных частей она состоит и какую роль каждая часть играет в системе.

Стадия 3. Выявление основных процессов в системе, их роли, условий осуществления; выявление стадийности, скачков, смен состояний в функционировании; в системах с управлением — выделение основных управляющих факторов. Здесь исследуется динамика важнейших изменений в системе, ход событий, вводятся параметры состояния, рассматриваются факторы, влияющие на эти параметры, обеспечивающие течение процессов, а также условия начала и конца процессов.

Стадия 4. Выявление основных элементов «несистемы», с которыми связана изучаемая система. Выявление характера этих связей. На этой стадии решается ряд отдельных проблем. Исследуются основные внешние воздействия на систему (входы). Определяются их тип (вещественные, энергетические, информационные), степень влияния на систему, основные характеристики.

Стадия 5. Выявление неопределенностей и случайностей в ситуации их определяющего влияния на систему (для стохастических систем).

Стадия 6. Выявление разветвленной структуры, иерархии, формирование представлений о системе как о совокупности модулей, связанных входами-выходами.

Стадией 6 заканчивается формирование общих представлений о системе. Как правило, этого достаточно, если речь идет об объекте, с которым мы непосредственно работать не будем. Если же речь идет о системе, которой надо заниматься для ее глубокого изучения, улучшения, управления, то нам придется пойти дальше по спиралеобразному пути углубленного исследования системы.

24. Формирование детального представления систем

Стадия 7. Выявление всех элементов и связей, важных для целей рассмотрения. Их отнесение к структуре иерархии в системе. Ранжирование элементов и связей по их значимости.

Стадия 8. Учет изменений и неопределенностей в системе. Здесь исследуются медленное, обычно нежелательное изменение свойств системы, которое принято называть «старением», а также возможность замены отдельных частей (модулей) на новые, позволяющие не только противостоять старению, но и повысить качество системы по сравнению с первоначальным состоянием. Такое совершенствование искусственной системы принято называть развитием

Стадия 9. Исследование функций и процессов в системе в целях управления ими. Введение управления и процедур принятия решения. Управляющие воздействия как системы управления. Для целенаправленных и других систем с управлением данная стадия имеет большое значение

На данной стадии выясняется, где, когда и как (в каких точках системы, в какие моменты, в каких процессах, скачках, выборах из совокупности, логических переходах и т.д.) система управления воздействует на основную систему, насколько это эффективно, приемлемо и удобно реализуемо. После завершения стадий 6-9 исследование систем продолжается на качественно новом уровне — следует специфическая стадия моделирования. О создании модели можно говорить только после полного изучения системы.

25. Понятие модели и моделирования. Типы информационных моделей.

под моделью будем понимать некоторое представление о системе, отражающее наиболее существенные закономерности ее структуры и процесса функционирования и зафиксированное на некотором языке или в другой форме. этим можно выделить несколько классов информационных моделей: структурные, функциональные, поведенческие, архитектурные.

26. Структурные модели.

Структурная модель - это описание структуры предметной области в виде совокупности взаимосвязанных объектов или процессов (состав объектов, их свойства и связи). В этом классе моделей внимание разработчиков ИС сосредоточено на том, какая информация должна обрабатываться системой, а не на том, где она размещается и как обрабатывается.

Среди этих моделей чаще всего выделяют следующие разновидности:

· диаграммы сущность – связи (ER -диаграммы, IDEF1x),

· диаграммы потоков данных (Data Flow Diagrams - DFD),

· семантические модели (модели знаний),

· объектно-ориентированные модели.

27. Функциональные модели.

Функциональные модели описывают действия над объектами и методы их преобразования. Этот класс моделей описывает, как части системы взаимодействуют друг с другом, как работают отдельные части ИС. Например, функциональная диаграмма IDEF0 (Function Modeling) представляет изучаемую систему в виде набора взаимосвязанных функций, обычно эта модель строится на самом первом этапе изучения любой системы. Другая модель - IDEF3 (Process Description Capture) - описывает сценарий и последовательность операций для каждого процесса, а также показывает, какие пользователи работают с системой.

28. Поведенческие и архитектурные модели.

Поведенческие модели

Этот класс моделей отражает изменение состояния объектов во времени в результате некоторых событий. Состояние объекта в какой-либо момент времени описывается набором значений его свойств. Поведение объекта описывается в виде набора действий, связанных с событиями в предметной области. Для описания поведения ИС применяют событийные графы и матрицы, диаграммы потоков событий, а также «раскрашенные сети Петри», получаемые из IDEF0.

Архитектурные модели

Этот вид моделей позволяет показать, где размещаются отдельные части системы и описать механизм их взаимодействия. Например, к этому виду можно отнести модель «клиент-сервер», модель «логистические сети» и др.

В заключение заметим, что существуют смешанные модели, сочетающие разные аспекты, например, структурно-функциональные, структурно-событийные и т.п.

29. Инфологическая модель предметной области.

Описание предметной области, выполненное без ориентации на используемые в дальнейшем программные и технические средства, называется инфологической моделью предметной области (ИЛМ). Основные требования к ИЛМ:

· адекватность отображения предметной области;

· легкость расширения и модификации;

· возможность иерархического представления данных;

· возможность автоматизированного проектирования;

· однозначность понимания и легкость восприятия всеми лицами, участвующими в разработке и эксплуатации системы.

ИЛМ включает в себя следующие компоненты:

· структурную информационную модель предприятия;

· описание потребностей пользователей (список запросов, объем данных, частота обращения, режим работы пользователей);

· описание ограничений целостности данных;

· семантическую информацию о данных (онтология);

· информацию о мерах обеспечения безопасности и целостности данных,

· описание алгоритмов вычислений, последовательности выполнения операций и т.д.

30. Классификация моделей данных.

31. Документальные модели данных: классификация и краткая характеристика.

Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке. Модели, основанные на языках разметки документов, связаны прежде всего со стандартным общим языком разметки — SGML (Standart Generalised Markup Language), который был утвержден ISO в качестве стандарта еще в 80-х годах. Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тегов (ссылок), их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Контроль за правильностью использования тегов осуществляется при помощи специального набора правил, Для каждого класса документов определяется свой набор правил, описывающих грамматику соответствующего языка разметки.

32. Иерархическая модель данных.

Иерархическая модель данных является наиболее простой среди всех даталогических моделей. Появление иерархической модели связано с тем, что в реальном мире очень многие связи соответствуют иерархии, когда один объект выступает как родительский, а с ним может быть связано множество подчиненных объектов. Иерархия проста и естественна в отображении взаимосвязи между классами объектов. Основными информационными единицами иерархической модели являются база данных (БД), сегмент и поле. Схема иерархической базы данных (ИБД) представляет собой совокупность отдельных деревьев, каждое дерево называется физической БД. При работе с иерархической моделью каждая программа, пользователь или приложение определяют свою внешнюю модель. Внешняя модель представляет собой совокупность поддеревьев для физической БД, с которой работает пользователь. Каждый подграф внешней модели в обязательном порядке должен содержать корневой тип сегмента соответствующей БД.

33. Сетевая модель данных.

Сетевая модель во многом подобна иерархической, которая собственно является подмножеством сетевых моделей данных. Базовым объектом является элемент, агрегат, запись и набор данных.

Достоинства: простота реализации связи "многие-ко-многим", доступ к данным может быть осуществлен различными путями.

Недостатки: потеря независимости данных при реализации базы данных, сложность управления данными.

34. Реляционная модель данных. Понятие отношения. Основные определения. Типы ключей. Функциональные зависимости.

реляционную, модель, основанную на инвертированных списках, постреляционную, многомерную Реляционную модель данных отличает простота и наглядность со стороны программистов и серьезное теоретическое обоснование. Кроме того, развитие формального аппарата представления и манипуляция данными сделали данную модель наиболее перспективной для использования. Основной структурой данных в данной модели является отношение, именно поэтому модель получила название реляционной (от английского relation – отношение). N - арным отношением R называют подмножество декартова произведения D₁ ´ D₂ ´ … ´D_n множеств D₁, D₂, …, D_n (n³1), необязательно различных. Исходные множества D_i называют в модели доменами. Экземпляр отношения – состояние объекта в данный момент времени.

Схемой отношения называют перечень имен атрибутов данного отношения с указанием домена, к которому они относятся. Поскольку строки в таблице неупорядочены, нам нужна колонка для уникальной идентификации каждой строки. Такая колонка называется первичным ключом. Первичный ключ любой таблицы обязан содержать уникальные непустые значения для каждой строки. Если первичный ключ состоит из более чем одной колонки, он называется составным первичным ключом

Колонка, указывающая на запись в другой таблице, связанную с данной записью, называется внешним ключом. внешний ключ — это колонка или набор колонок, чьи значения совпадают с имеющимися значениями первичного ключа другой таблицы

35. Нормализация. Аномалии модификации. Метод нормальных форм.

Нормализация представляет собой процесс реорганизации данных путем ликвидации повторяющихся групп и иных противоречий в хранении данных с целью приведения таблиц к виду, позволяющему осуществлять непротиворечивое и корректное редактирование данных.

36. Типы нормальных форм.

Первая нормальная форма. Чтобы таблица соответствовала первой нормальной форме, все значения ее полей должны быть атомарными и все записи — уникальными. Поэтому любая реляционная таблица по определению уже находится в первой нормальной форме Вторая нормальная форма. Говорят, что реляционная таблица находится во второй нормальной форме, если она находится в первой нормальной форме, и ее неключевые поля полностью зависят от всего первичного ключаЧтобы перейти от первой нормальной формы ко второй, нужно выполнить следующие шаги:

1. Определить, на какие части можно разбить первичный ключ так, чтобы некоторые из неключевых полей зависели от одной из этих частей (эти части не обязаны состоять из одной колонки!).

2. Создать новую таблицу для каждой такой части ключа и группы зависящих от нее полей и переместить их в эту таблицу. Часть бывшего первичного ключа станет при этом первичным ключом новой таблицы.

Удалить из исходной таблицы поля, перемещенные в другие таблицы, кроме тех их них, которые станут внешними ключами Третья нормальная форма. Говорят, что реляционная таблица находится в третьей нормальной форме, если она находится во второй нормальной форме, и все ее неключевые поля зависят только от первичного ключа Чтобы перейти от второй нормальной формы к третьей, нужно выполнить следующие шаги:

· Определить все поля (или группы полей), от которых зависят другие поля.

· Создать новую таблицу для каждого такого поля (или группы полей) и группы зависящих от него полей и переместить их в эту таблицу. Поле (или группа полей), от которого зависят все остальные перемещенные поля, станет при этом первичным ключом новой таблицы.

· Удалить перемещенные поля из исходной таблицы, оставив лишь те из них, которые станут внешними ключами.

37. Доменно-ключевая нормальная форма.

ДКНФ – нормальная форма, которая свободна от аномалий любого типа. Когда мы приводим отношения к этой форме, мы знаем, что в этом случае даже скрытые аномалии, связанные с пятой нормальной формой, возникнуть не могут.

пределение доменно–ключевой нормальной формы затрагивает понятия домена и ключа – понятия фундаментальные и близкие сердцу специалиста в области базы данных.
Ключ – это уникальный идентификатор кортежа.
Домен – это описание допустимых значений атрибута. Он состоит из двух частей: физического описания и семантического, или логического, описания. Физическое описание – это множество значений, которые может принимать атрибут, а логическое описание – это смысл данного атрибута.
В настоящее время не существует не одного алгоритма приведения произвольного отношения к ДКНФ. Неизвестно также, какое отношение может быть приведено к этой форме.

38. Многозначные зависимости.

Обобщением понятия функциональной (однозначной) зависимости является понятие многозначной зависимости. Наличие в отношении многозначной зависимости является необходимым и достаточным условием его декомпозиции на две проекции.

Многозначная зависимость имеет смысл только для отношений с тремя и более атрибутами. Проще всего понятие многозначной зависимости объяснить для отношения с тремя атрибутами. Пусть дано некоторое отношение , для которого выполняются следующие условия.

q Атрибут A 1 не определяет однозначно атрибут A 2, т. е. нет функциональной зависимости .

q Атрибуты A 2 и A 3 не зависят друг от друга, т. е. в отношении любое значение A 2 может сочетаться в кортежах с любым значением A 3.

Тогда в отношении выполняется многозначная зависимость между атрибутами A 1 и A 2, которая обозначается как . При этом говорят, что атрибут A 1 многозначно определяет атрибут A 2.

Это частное определение многозначной зависимости, возможно, и не очень понятное. Поэтому поясним его на примере.

Постреляционная модель данных.

Постреляционная модель представляет собой расширенную реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных. Модель допускает многозначные поля – поля, значения которых состоят из подзначений. Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей, встроенной в основную таблицу.

Поскольку постреляционная модель допускает хранение в таблицах ненормализованных данных, возникает проблема обеспечения целостности и непротиворечивости данных. Эта проблема решается включением в СУБД соответствующих механизмов.

Достоинством постреляционной модели является возможность представления совокупности связанных реляционных таблиц одной постреляционной таблицей. Это обеспечивает высокую наглядность представления информации и повышение эффективности ее обработки.

Недостатком постреляционной модели является сложность решения проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых данных.

39. Многомерная модель данных.

При использовании этой модели данные хранятся не в виде плоских таблиц, как в реляционных БД, а в виде гиперкубов - упорядоченных многомерных массивов. при его использовании сложно модифицировать структуру данных. Основные понятия многомерной модели - измерение и значение. Измерение - это множество, образующее одну из граней гиперкуба. Значения - это подвергаемые анализу количественные или качественные данные, которые находятся в ячейках гиперкуба В многомерной модели вводятся следующие основные операции манипулирования измерениями: 1) сечение; 2) вращение; 3) детализация; 4) свертка. При выполнении операции сечения формируется подмножество гиперкуба, в котором значение одного или более измерений фиксировано Операция вращения изменяет порядок представления измерений. Для выполнения операций свертки и детализации должна существовать иерархия значений измерения, то есть некоторая подчиненность одних значений другим

40. Объектно-ориентированная модель данных.

Объектно-ориентированная модель данных (ООМД) сочетает в себе лучшие черты ER “объект—отношение” -модели и реляционной модели. ООМД опирается на четыре основных понятия: объект, характеристика объекта, связь, характеристика связи. ООМД разумно применять не только при проектировании БД, но и при эксплуатации прикладной системы, ориентируясь тем самым на объектный, а не на функциональный пользовательский интерфейс. ООМД же позволяет обойтись вообще без запросов. Для быстрого поиска объектов в каталогах используются динамически поддерживаемые инвертированные списки по соответствующим характеристикам, благодаря чему скорость доступа к нужной информации слабо зависит от числа элементов в БД

41. Документ и его структура.

Документы являются основными носителями информации на предприятии и представляют совокупность некоторых элементов, называемых показателями. при проектировании ИС необходимо выяснить состав документов, участвующих в бизнес-процессах, описать структуру каждого документа, выяснить правила вычисления каждого поля.

Документ состоит из отдельных полей, называемых реквизитами, которые считаются элементарными единицами информации и отображают свойства того или иного реального объекта или процесса. Каждый реквизит имеет имя, значение и область определения. Имя – это условное обозначение реквизита в процессах обработки данных. Значение – это величина, характеризующая некоторое свойство объекта, явления, процесса в конкретных обстоятельствах. Имя реквизита должно отражать его смысл и постоянно для одного вида документов, значения реквизита могут различаться в каждом экземпляре документа. Реквизиты делятся на два вида: признаки, отображающие обстоятельства события (место, время, действующих лиц, единицы измерения, номера документов или идентификаторы объектов) и основания, отображающие количественные свойства объектов и процессов Некоторые признаки документа называются ключевыми, так как именно по их значению можно отличить один документ от другого

42. Сущность структурного подхода

Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции (разбиении) на автоматизируемые функции: система разбивается на функциональные подсистемы, которые в свою очередь делятся на подфункции, подразделяемые на задачи и так далее. Процесс разбиения продолжается вплоть до конкретных процедур. При этом автоматизируемая система сохраняет целостное представление, в котором все составляющие компоненты взаимоувязаны.

43. Общая характеристика методологии SADT (IDEF0)

n IDEF0 — это технология описания системы в целом как множества взаимозависимых действий, или функций

n Функциональная направленность IDEF0 — функции системы исследуются независимо от объектов, которые обеспечивают их выполнение

44. Состав функциональной модели IDEF0. Иерархия диаграмм.

n Диаграмма –основной рабочий элемент при создании модели

n Деятельность (Activity) – функциональный блок, обрабатывающий и переводящий входные параметры в выходные. Синонимы: функция, действие, задача, работа.

n Дуги - связывают блоки вместе и отображают взаимодействия и взаимосвязи между ними

45. Типы связей в IDEF0

n выход — вход

применяется, когда один из блоков должен полностью завершить работу перед началом работы другого блока

Часто называется предшествованием

n выход — управление

отражает ситуацию преобладания одного блока над другим, когда один блок управляет работой другого

Отражает функциональную связь

n выход — механизм исполнения

отражают ситуацию, когда выход одного функционального блока применяется в качестве оборудования для работы другого блока

n выход — обратная связь на управление

применяются в случаях, когда зависимые блоки формируют обратные связи для управляющих ими блоков

n выход — обратная связь на вход

обычно применяется для описания циклов повторной обработки чего-либо

46. Состав и назначение функциональной модели IDEF3.

способ описания процессов как упорядоченной последовательности событий с одновременным описанием объектов, имеющих непосредственное отношение к процессу

хорошо приспособлена для сбора данных, требующихся для проведения структурного анализа системы

не имеет жестких синтаксических или семантических ограничений, делающих неудобным описание неполных или нецелостных систем

Основой модели IDEF3 служит так называемый сценарий бизнес-процесса, который выделяет последовательность действий или подпроцессов анализируемой системы

Главной организационной единицей модели IDEF3 является диаграмма

Действие, или "единица работы" (Unit of Work — UOW) — важный компонент модели. Диаграммы IDEF3 отображают действие в виде прямоугольника. Действия именуются с использованием глаголов или отглагольных существительных, каждому из действий присваивается уникальный идентификационный номер. В диаграммах IDEF3 номер действия обычно предваряется номером его родителя.

Действия в IDEF3 могут быть декомпозированы, или разложены на составляющие, для более детального анализа.

47. Типы переходов в IDEF3: переходы для асинхронных процессов.

Обозначение Наименование Смысл в случае слияния стрелок Смысл в случае разветвления стрелок

Асинхронное "И" Все предшествующие процессы должны быть завершены Все следующие процессы должны быть запущены

Синхронное "И" Все предшествующие процессы завершены одновременно Все следующие процессы запускаются одновременно

Асинхронное "ИЛИ" Один или несколько предшествующих процессов должны быть завершены Один или несколько следующих процессов должны быть запущены

Синхронное "ИЛИ" Один или несколько предшествующих процессов завершены одновременно Один или несколько следующих процессов запускаются одновременно

Эксклюзивное "ИЛИ" Только один предшествующий процесс завершен Только один следующий процесс запускается

48. Типы переходов в IDEF3: переходы для синхронных процессов.

49. Правила использования переходов.

И-соединение

Соединения этого типа инициируют выполнение всех своих конечных действий. Все действия, присоединенные к сворачивающему "И"-соединению, должны завершиться, прежде чем может начать выполняться следующее действие

Или-соединение

Соединения этого типа предназначены для описания ситуаций, которые не могут быть описаны двумя предыдущими типами соединений. Аналогично связи нечеткого отношения соединение "ИЛИ" в основном определяется и описывается непосредственно системным аналитиком.

Эксклюзивное или – соединение

Вне зависимости от количества действий, прицепленных к сворачивающему или разворачивающему соединению "Эксклюзивное ИЛИ", инициировано будет только одно из них, и поэтому только одно из них будет завершено перед тем, как любое действие, следующее за сворачивающим соединением "Эксклюзивное ИЛИ", сможет начаться.

Парность, комбинация соединений

Парность соединений. Все соединения на диаграммах должны быть парными, из чего следует, что любое разворачивающее соединение имеет парное себе сворачивающее. Однако типы соединений вовсе не обязательно должны совпадать.

Комбинации соединений. Соединения могут комбинироваться для создания более сложных правил ветвления.

50. Моделирование потоков данных. Нотация Гейна-Сарсона.

Контекстная диаграмма. Нотация Гейна-Сарсона

Для сложных ИС строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных.

Признаками сложности (в смысле контекста) могут быть:

наличие большого количества внешних сущностей (десять и более);

распределенная природа системы;

многофункциональность системы с уже сложившейся или выявленной группировкой функций в отдельные подсистемы.

51. Правила построения DFD диаграмм

Два способа построения диаграмм в методологии DFD:

a. Подход традиционного структурного анализа

b. Подход событийного разделения (event partitioning)

Традиционный структурный анализ

n строится физическая модель, отображающая текущее состояние дел;

n полученная модель преобразуется в логическую модель, которая отображает требования к существующей системе;

n строится модель, отображающая требования к будущей системе;

n строится физическая модель, на основе которой должна быть построена новая система

n Сформировать контекстную диаграмму

n Взаимодействие системы (один процесс) и системного окружения (внешние сущности)

n Декомпозировать ее до диаграммы нулевого уровня

n Набор процессов, хранилищ и потоков данных между ними

n Декомпозировать каждый процесс

n Набор подпроцессов, хранилищ и потоков данных

n Завершить декомпозицию при достижении элементарного процесса

n Два–три входа-выхода, очевидность последовательности действий процесса

Событийное разделение

n Сформировать контекстную диаграмму

n Цель системы, один блок, внешние сущности, список событий

n Сформировать модель поведения

n Одна диаграмма, один процесс на каждое событие из модели окружения, хранилища, потоки данных между ними

n Входные потоки показывают необходимую информацию для обработки события

n Выходные потоки демонстрируют реакцию процесса на событие

52. Методы задания миниспецификаций: структурированный естественный язык

Спецификация процесса (СП) используется для описания функционирования процесса в случае отсутствия необходимости детализировать его с помощью DFD (т.е. если он достаточно невелик, и его описание может занимать до одной страницы текста).

Она должна формулировать его основные функции таким образом, чтобы в дальнейшем специалист, выполняющий реализацию проекта, смог выполнить их или разработать соответствующую программу. Миниспецификация является конечной вершиной иерархии DFD.

Множество всех СП является полной спецификацией системы

Структурированный естественный язык

n Структурированный естественный язык применяется для читабельного, строгого описания спецификаций процессов.

n Он является разумной комбинацией строгости языка программирования и читабельности естественного языка и состоит из подмножества слов, организованных в определенные логические структуры, арифметических выражений и диаграмм.

53. Методы задания миниспецификаций: таблицы и деревья решений

n Проектирование спецификаций процессов с помощью таблиц решений (ТР) заключается в задании матрицы, отображающей множество входных условий в множество действий.

С1

D1, D2

С2

С3

да

нет

да

нет

да

нет

D1, D2

D1, D2

54. Моделирование данных. Расширенная модель «сущность-связь». Основные понятия. Сущность, класс сущности, экземпляр сущности, атрибут, композитный атрибут, многозначный атрибут, идентификатор уникальный и неуникальный, связь, класс связи, экземпляр связи, степень связи, кардинальность, виды сущностей.

n Сущность: это объект, который может быть идентифицирован неким способом, отличающим его от других объектов.

n Класс сущностей (entity classes) – это совокупность однотипных сущностей, и описывается он структурой или форматом сущностей, его составляющих.

n Экземпляр сущности (entity instance) представляет конкретную сущность и описывается значениями атрибутов данной сущности.

n Сущность имеет атрибуты (attributes) или свойства (properties), которые описывают характеристики сущности

n Все экземпляры одного класса имеют одинаковые атрибуты.

n Существуют:

n простые атрибуты (attributes):

n Число, Дата, Символ, Строка, Логический тип …

n композитные атрибуты (composite attributes):

n Атрибут Адрес состоит из группы атрибутов { Улица, Город, Индекс }

n многозначные атрибуты (multi-valued attributes):

n Атрибут Доверенное Лицо может содержать имена нескольких доверенных лиц

n идентификаторы (identifiers) – атрибуты, с помощью которых экземпляры именуются, или идентифицируются.

n Идентификатор экземпляра сущности состоит из одного или более атрибутов сущности.

n Идентификатор может быть уникальным (unique) или неуникальным (nonunique)

n Уникальный идентификатор указывается на один экземпляр сущности

n Неуникальный идентификатор будет указывать на некоторое множество экземпляров.

n Идентификаторы, состоящие из нескольких атрибутов, называются композитными идентификаторами (composite identifiers)

n Связи (relationships) выражают взаимоотношения сущностей.

n Классы связей (relationship classes) выражают взаимоотношения между классами сущностей, экземпляры связи (relationship instances) – взаимоотношения между экземплярами сущностей.

n Число классов сущностей, участвующих в связи, называется степенью связи (relationship degree) или арностью .

n Связи степени 2 наиболее распространены и называются бинарными (binary)

один-к-одному (1:1). Это означает, что в такой связи сущности с одной ролью всегда соответствует не более одной сущности с другой ролью.

один-ко-многим (1:N). В данном случае сущности с одной ролью может соответствовать любое число сущностей с другой ролью.

многие-ко-многим (N:M). В этом случае каждая из ассоциированных сущностей может быть представлена любым количеством экземпляров.

55. Моделирование данных. Методология IDEF1x. Основные понятия.

IDEF1x -диаграммы используются рядом распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF)

56. Типы сущностей и связей между ними.

Независимые (изображаются в виде прямоугольника)

Зависимые (изображаются в виде прямоугольника с закругленными краями)

57. Процесс моделирования данных.

58. Принципы определения сущностей, связей, идентификаторов, атрибутов и доменов.

Определение сущностей

n Сущность – некий объект, который пользователи хотят отслеживать, о котором они хотят хранить данные

n Часто сущность являются физическими объектами

n Сущности могут представлять абстрактные понятия

n В языковых конструкция сущности выражены существительными

n По итогам процесса определения сущностей составляется словарь сущностей, где определяется Имя и Описание сущности

Определение связей

n Выявляются все возможные комбинации из двух сущностей

n Строят таблицу связей – матрица порядка N x N, где N – количество сущностей

n На пересечении строки и столбца, если существует связь ставят пометку (например, 1)

n Используется для небольшого количества сущностей

n Выявление связей из документов

n Изучают реквизитный состав документов

n Определяют зависимости между реквизитами

Определение идентификаторов

n Определяют атрибут или группу атрибутов, которая уникальным образом идентифицирует экземпляр сущности

n Определяют возможные альтернативные идентификаторы

Определение атрибутов и доменов

n Атрибуты в тексте часто выражены прилагательными или дополнениями

n Атрибут относят к имеющимся базовым или типовым доменам

n Если это невозможно – определяется новый домен

59. Построение модели на базе анализа форм и отчетов. Одиночные сущности, идентифицирующие связи, неидентифицирующие связи, неспецифические связи, подтипы и категории

60. Правила приведения ERD модели к нормальным формам.

61. Процесс проектирования базы данных.

62. Выбор первичного ключа. Суррогатный ключ.

Выбор первичного ключа

n Идеальный первичный ключ должен быть коротким, редко меняться

n Желательно, чтобы он был понятным

Суррогатный ключ

n Идеальный первичный ключ должен быть коротким, редко меняться

n Желательно, чтобы он был понятным

63. Принципы представления связей. Стандартные правила поддержания ссылочной целостности. Альтернативные процедуры обеспечения ссылочной целостности. Реализация ограничений минимальной кардинальности.

Альтернативные процедуры обеспечения ссылочной целостности.

n Пример с отношениями ОТДЕЛ и СОТРУДНИК. Если в отношение СОТРУДНИК вставляется строка, содержащая несуществующий отдел, в отношении ОТДЕЛ также создается строка с этим названием.

n Нестандартные правила определяются в процедурах обеспечение ссылочной целостности – триггерах

n Триггеры - вставка, обновление и удаления потомка, вставка, обновление и удаление родителя

n Типичными являются – каскадное обновление и каскадное удаление

Реализация ограничений минимальной кардинальности.

n Если строка имеет обязательного родителя, мы должны объявить обязательным только столбец первичного ключа.

n В этом случае СУБД не допустит создание дочерней строки с пустым внешним ключом

n Если обязательным будет потомок, то при создании родительской строки нужно определить и дочернюю.

n Однако СУБД не имеет стандартных средств реализации этого правила. Его нужно проектировать самим, используя механизм триггеров.

64. Представление связей. Идентифицирующих, 1:1, 1:N, N:M, категориальных, рекурсивных, высших порядков, Пустые значения.

Категориальные связи (categorization relationships) представляют собой частный случай связей вида обобщение/подтип в расширенной модели «сущность - связь»

Это связь между порождающей сущностью (generic entity) и другой сущностью, которая называется сущностью – категорией (category entity).

Сущности–категории группируются в категориальные кластеры (categorization clusters).

Категориальные кластеры могут иметь дискриминатор (discriminator) – атрибут порождающей сущности, указывающей на тип категории.

Кластеры бывают полными и неполными.

В полном кластере указаны все возможные категории.

В неполном кластере предполагается возможность существование еще хотя бы одной категории

Рекурсивная связь (recursive relationship) — это связь между сущностями одного и того же класса. Рекурсивные связи не имеют фундаментальных отличий от других связей принадлежности и могут быть представлены с помощью тех же самых приемов. Как и прочие связи принадлежности, рекурсивные связи могут быть трех видов: 1:1, 1:N и N:M. На рис. 5.22 приведены примеры каждой из разновидностей рекурсивных связей.

Для представления рекурсивной связи вида 1:1 применяется подход, почти идентичный тому, который использовался для обычных связей вида 1:1: можно поместить ключ спонсируемого лица в строку спонсора, а можно поместить ключ спонсора в строку спонсируемого лица.

Таким образом, рекурсивные связи представляются точно так же, как и другие типы связей. Однако строки таблиц могут при этом играть две различные роли. Одни являются родительскими, другие — дочерними. Если ключ является ссылкой на родителя, а строка не имеет родителя, его значение будет пустым. Если ключ является ссылкой на потомка, а строка не имеет потомка, его значение также будет пустым.

Представление тернарных связей и связей высших порядков

Для представления тернарных связей (ternary relationships) используются те же методы, но зачастую эти связи порождают особые ограничения, которые необходимо документально зафиксировать в виде положений делового регламента.

Ограничение, в соответствии с которым заказы для конкретного клиента может выполнять только определенный агент, означает, что в отношении ЗАКАЗ допускаются только определенные сочетания значений атрибутов НомерКлиента и НомерАгента. К сожалению, нет способа выразить это ограничение в терминах реляционной модели. Тем не менее, его необходимо документально зафиксировать в проекте, а реализация его должна обеспечиваться триггерами или прикладными программами (рис. 5.26).

Кроме того, существуют такие типы бинарных ограничений как «НЕ ДОЛЖНО БЫТЬ» и «ДОЛЖНО ВКЛЮЧАТЬ».

Ограничение «ДОЛЖНО ВКЛЮЧАТЬ» — это бинарная связь, указывающая все комбинации, которые должны присутствовать в тернарной связи. Рассмотрим, например, связь

Ни один из трех типов бинарных ограничений, описанных здесь, не может быть представлен в терминах реляционной модели. Все связи должны представляться в виде комбинаций бинарных связей. Однако ограничения должны быть документально зафиксированы в схеме базы данных и реализованы в триггерах или прикладных программах.

Идентифицирующие связи принадлежности (identifying connection relationships) это то же самое, что и идентификационно-зависимые связи в расширенной модели сущностьсвязь. Идентификатор родителя всегда является частью идентификатора потомка.

Обозначение (ВК) означает, что данный атрибут является внешним ключом другой сущности (в данном случае сущности ЗДАНИЕ). Идентифицирующие связи показываются сплошными линиями, а сущности-потомки в таких связях рисуются с закругленными углами.

Если бы рядом с кружком был указан индекс i, то в здании мш бы располагаться ровно один офис, в случае индекса Z возможное количество офисов равнялось бы 0 или 1, а индекс Р указывал бы на любое количество офисов, большее или равное 1. На родительской стороне идентифицирующей связи не может быть ромба, поскольку сущности-родители в таких связях всегда являются обязательными.