2 TEMA

 

 

 

Informacinis modeliavimas

 

          Informatikos požiūriu bet koks gamybos ar mokslo uždavinio sprendimas aprašomas tokia technologine grandine: ”realus objektas-modelis-algoritmas-programa-rezultatai-realus objektas”. Šioje grandinėje “modelio” grandis yra labai svarbi, tai būtinas uždavinio sprendimo etapas. Čia modeliu suprantamas tam tikras mintyse sukurtas realaus objekto vaizdas, atspindintis esminius objekto bruožus ir jį pakeičiantis uždavinio sprendimo procese. Kitaip tariant, modeliai yra supaprastinta tikrovės abstrakcija. Modeliai gali būti panaudoti ekonomikos, organizacijos ar atskirų operacijų lygiu. Organizacijos naudoja modelius tirdamos investicijų rentabilumą, naujų verslų pradėjimą, akcijų rinką ir kitus procesus, kuriuos valdo pasiūla/paklausa. Modeliai padeda gauti atsakymus į klausimus: kas bus, jeigu…? Pavyzdžiui, prieš pradėdami kurti įmonės duomenų bazę mes privalėsime sudaryti jos veiklos modelį. Yra išskiriami materialūs (natūriniai) ir idealūs (abstraktūs) modeliai.

          Duomenų bazės (DB) sudaromos siekiant patogiai ir efektyviai registruoti, laikyti bei praktiškai panaudoti konkrečių dalykinių aplinkų duomenis. Dalykinė sritis – tai ta realios aplinkos dalis, kurios savybių aprašymams saugoti kuriama duomenų bazė. Pavyzdžiui, įmonės finansinė veikla, jos sandėlių ūkis, darbuotojai ir pan. Kiekvieną dalykinę sritį apibūdina be galo daug savybių, todėl svarbu išrinkti tuos duomenis, kurie apibūdina esmines jos savybes. Pirmasis DB kūrimo etapas yra dalykinės srities informacinio modelio, kuriame numatomi pagrindiniai duomenų laikymo ir apdorojimo principai (koncepcijos) sudarymas. Šis modelis iš esmės yra mūsų turimų žinių apie konkrečioje srityje vykstančius procesus ir šių procesų kontrolei vartojamus duomenis aprašymas. Jis sudaromas panaudojant dalykinių sričių, pavyzdžiui, finansų, valdymo, buhalterinės apskaitos ir pan., terminologiją ir metodiką. Modelio paskirtis – pritaikyti šias žinias konkrečioms sąlygoms ir jas aprašyti taip, kad šis aprašymas tiktų tolimesniems DB projektavimo darbams.

 

Modelių klasifikavimas

 

          Materialūs (natūriniai) modeliai. Materialūs modeliai skirstomi į :

§                       fizinius (auto-, avio-modeliai, architektūriniai maketai ir pan.) ;

§                       analoginius.

          Analoginiai, remiasi į analogiškus nagrinėjamam objektui procesus (pvz.: procesais elektros grandinėje modeliuojami mechaniniai, cheminiai, biologiniai ar net ir socialiniai procesai). Šiuo principu remiasi dauguma matavimo ar procesų stebėjimo prietaisų.

          Idealūs modeliai.  Šie modeliai skirstomi į :

§                       rašytiniai;

§                       matematiniai;

§                       informaciniai.

          Rašytiniai (verbaliniai, tekstiniai) modeliai. Tai natūralia kalba aprašyta viena ar kita tikrovės sritis, objektas (eismo taisyklės, teisėtvarkos pažeidimo protokolas, vadovėliai).

          Matematiniai modeliai - tai plati ženklų modelių klasė (remiasi formalia kalba su baigtine abėcėle), naudojanti įvairius matematinius metodus. Pvz.: galima sukurti žvaigždės matematinį modelį, kurį sudarytų sudėtinga lygčių sistema, aprašanti žvaigždėje vykstančius procesus arba matematinį verslo modelį iš tam tikrų matematinių išraiškų (algebrinių lygčių), leidžiančių apskaičiuoti optimalų įmonės veiklos planą.

          Informaciniai modeliai - tai ženklų modelių klasė. Jie aprašo įvairiausios prigimties reiškinių informacinius procesus. Informacijos atsiradimą, perdavimą, apdorojimą ir panaudojimą.

 

Pagrindinės informacinio modeliavimo sąvokos

 

          Informaciniai modeliai atspindi informacijos atsiradimo, perdavimo ir panaudojimo procesus įvairios prigimties reiškiniuose. Apibrėšime bazines informacinio modeliavimo bei duomenų bazių projektavimo sąvokas:

          Esybėmis (angl. entity) vadinamos realaus pasaulio dalykų (objektų) klasės, t. y. visa tai, ką galima apibūdinti bendriniais daiktavardžiais. Skiriamos fizinės (daiktai, reiškiniai, procesai, subjektai, agentai, struktūros ir pan.) ir koncepcinės (sąvokos, idėjos ir pan.) esybės. Konkrečios esybių realizacijos (t.y. konkretūs daiktai, reiškiniai, procesai ir pan.) vadinamos esybių egzemplioriais. Pavyzdys: ASMUO yra esybė, o konkretus asmuo, tarkime, Jonas Petrauskas jos egzempliorius.

Analizuojant dalykinę sritį (informacinės ir programų sistemos taikymo sritis vadinama dalykine sritimi), dažniausiai domimasi ne visomis tos srities esybėmis, o tik tomis, kurios tenkina šias sąlygas:

§    esybės egzemplioriai yra aprašomi, t.y. galima įvardyti jų charakteristikas;

§    esybės egzemplioriai yra įvardijami, t.y. juos galima atskirti vieną nuo kito;

§    esybė susijusi su kuriamosios programos naudojimo siekiu, t.y. ją tikslinga nagrinėti.

          Esybė vadinama atpažįstama (identifikuojama), jei jos egzemplioriai turi tąpastis (identitetus), t.y. jei bet kuriuo laiko momentu bet kurį tos esybės egzempliorių galima atpažinti, įvardyti ir atskirti nuo kitų egzempliorių.

Informaciniame modeliavime vietoj esybės termino dažnai vartojamas objekto terminas. Tada sakome, kad bet kokios realios sistemos informacinis modelis susideda iš objektų (objektų klasių). Kiekvienas objektas modelyje privalo turėti unikalų ir reikšminį vardą (identifikatorių) ir jį apibūdinančius atributus. Pavyzdžiui,

Pav. 1 Objekto modelio pavyzdys

                   Objektai. Objektas išreiškia vieną tipinį (bet neapibrėžtą) egzempliorių, ką nors iš realaus pasaulio ir yra paprasčiausias informacinis modelis. Objektai išreiškia tam tikras, susijusias su sprendžiamu uždaviniu realaus pasaulio daiktų esmes. Visus objektus galima išskaidyti į tokias kategorijas:

§    realūs objektai;

§    vaidmenys (rolės);

§    įvykiai;

§    sąveikos;

§    specifikacijos.

          Realus objektas -tai fiziškai egzistuojančių daiktų abstrakcija. Pvz.: automobilių gamykloje -tai automobilio kėbulas, variklis, krovinių pervežime – tai konteineris, terminalas, vežimo priemonė ir t.t.

          Vaidmuo -tikslo ar žmogaus paskirties, įstaigos dalies abstrakcija. Pvz.: universitete kaip įstaigoje apskritai, tai priėmimo komisija, personalo direkcija, dekanatas.

Įvykiu informaciniame modeliavime vadinamas laiko momentas, kada pakinta kokio nors teiginio apie nagrinėjamąją dalykinę sritį reikšmė. Įvykis - kažko tai įvykusio abstrakcija. Pvz.: dokumentų pateikimas priėmimo komisijai, sesijos egzamino išlaikymas (neišlaikymas).

          Sąveika -objektai gaunami iš kitų objektų santykiavimo. Pvz.: susitarimas, sutartis tarp dviejų pusių, išsilavinimo pažymėjimas, išduotas mokymo institucijos jos absolventui.

          Objektai-specifikacijos -naudojami pateikti taisykles, kokybės standartus ar kriterijus. Pvz.: žinių ir sugebėjimų sąrašas, kurias turi įgyti VV fakulteto studentas, valgio pagaminimo receptas.

          Objektų atributai ir raktai. Realaus pasaulio dalykai turi jiems būdingus požymius, charakteristikas (pvz.: vardas, pavardė, registracijos Nr., pagaminimo data, svoris ir t.t.). Bendra visiems galimiems egzemplioriams charakteristika, vadinama atributu arba duomenų elementu. Kiekvienam egzemplioriui atributas įgauna apibrėžtą veikimą. Taip objektas Knyga turi atributus Autorius, Pavadinimas, Išleidimo metai, Puslapių skaičius. Kiekvienam objektui turi būti paskirtas identifikatorius (raktas) -vieno ar kelių atributų aibė, kurių reikšmės apibrėžia bet kurį objekto egzempliorių, t.y. du ar daugiau egzempliorių negali turėti tas pačias rakto reikšmes. Knygai atributai Autorius ir Pavadinimas kartu sudaro raktą. O Išleidimo metai ir Puslapių skaičius nei pavieniai nei kartu negali būti raktais, nes neapibrėžia objekto egzemplioriaus. Objektas gali turėti ir keletą raktų. Tada vienas iš jų būna pirminis, o kiti antriniais.

          Objektų vaizdavimas.  Objektas su savo atributais gali būti vaizduojamas įvairiai: grafiškai jis gali būti pavaizduotas rėmeliu ar ovalu su objekto ir atributų pavadinimais. Atributai, sudarantys privilegijuotą identifikatorių gali būti kokiu nors būdu išskirti (pažymėti):

Knyga

*Autorius

*Pavadinimas

Išleidimo metai

Puslapių skaičius

 

 

 

 

 

 

 

Šiuo atveju – identifikatorius (raktas) pažymėtas žvaigždute.

Tekstiniame pavaizdavime tai gali būti: Knyga (Autorius, Pavadinimas, Išleidimo metai, Puslapių skaičius). Čia identifikatorius (raktas) pabrauktas.

          Dar vienas informacinio modelio objekto pateikimo būdas yra lentelė. Čia kiekvienas objekto egzempliorius yra lentelės eilutė, o atributų reikšmės - eilutės ir stulpelio sankirta.

Knyga

Autorius

Pavadinimas

Išleidimo

metai

Puslapių

skaičius

A.Grinas

Bėgioti lentomis

1988

229

R.P.Stivensonas

Lobių sala

1992

269

 

               Objekto atributai. Atributai skirstomi į tris tipus:

§    aprašomieji;

§    nurodomieji;

§    pagalbiniai.

          Aprašomasis atributas pateikia vidiniai būdingus kiekvienam egzemplioriui faktus. Jei pasikeitė aprašomojo atributo reikšmė, tai rodo, kad pasikeitė kažkuri egzemplioriaus charakteristika, bet pats egzempliorius nepakito.

          Nurodomieji atributai gali būti naudojami kaip identifikatoriai. Jei keičiasi nurodomasis atributas, tai sakoma, kad tam pačiam egzemplioriui duodamas naujas vardas.

          Pagalbiniai atributai naudojami susieti vieno objekto egzempliorių su kito objekto egzemplioriumi.

Automobilis

*Valstybinis Nr.

Markė

Spalva

Savininkas

 

 

 

 

 

 

 

 

Šiame pateiktame pavyzdyje, Spalva – aprašomasis, Valstybinis nr. Ir Markė -  nurodomieji, Savininkas – pagalbinis,  leidžiantis objekto Automobilis egzempliorių susieti su objekto Auto mėgėjas egzemplioriumi. Jei pagalbinio atributo reikšmė pasikeis, tai reikš, kad tarpusavyje susieti jau kiti šių objektų egzemplioriai.

 

          Duomenų organizavimo principai, duomenų vaizdavimas. Supaprastintame duomenų organizavimo modelyje vietoj esybės ar objekto sąvokos galime naudoti paprastesnę duomenų elemento (DE) sąvoką. DE vadinama minimali prasminga duomenų dalis. DB duomenys saugomi ne bet kaip, o kaip susietų tarpusavyje DE visuma, t.y. joje turi būti nustatyti ryšiai tarp įvairių DE, kurie gali reikšti ir tam tikrą veiksmą. Toks duomenų struktūros pateikimo būdas dažnai vadinamas duomenų modeliu. Jį patogu grafiškai vaizduoti ovalinėmis diagramomis. Tokiose diagramose DE vaizduojami ovalais, kurių viduje užrašomas DE vardas, o ryšiai vaizduojami linijomis:

 

 

 Šioje diagramoje yra du DE, o kiekvienas DE gali turėti daug reikšmių. Pvz., DE „Studentas“ gali turėti reikšmes: <<JONAITIS J>>, <<PETRAITIS P>> ir kt., DE „Stipendija“ – 0, 100, 200 ir kt.

 

 

Ryšiai tarp duomenų. Esybių ryšių (E/R) modeliavimas

 

          Realiame pasaulyje tarp reiškinių, daiktų egzistuoja įvairūs santykiai. Jeigu jie modeliuojami kaip objektai, atsirandantys santykiai tarp įvairių objektų rūšių informaciniuose modeliuose atspindimi ryšiais. Kiekvienas ryšys modelyje turi apibrėžtą pavadinimą. Grafinėje formoje ryšys pateikiamas linija tarp susietų objektų. Duomenų bazių (DB) projektavime ryšiai dar vadinami esybių kardinalumu arba laipsniu. Toliau kalbėdami apie ryšius tarp objektų, kartais naudosime ir duomenų elemento (DE) sąvoką.

          Ryšių tarp objektų (DE) tipai. Yra du pagrindiniai ryšių tarp objektų tipai. Pirmasis - tai vadinamasis ryšys „vienas su vienu”, arba paprastas ryšys. Sakoma, jog tarp DE „A” ir „B” egzistuoja paprastas ryšys, jeigu bet kuriuo momentu kiekvieną „A” reikšmę atitinka tik viena „B” reikšmė. Toks ryšys vaizduojamas paprasta rodykle. Šiuo atveju sakoma, kad „A” identifikuoja „B”.

 

Pav. 2 Ryšio „vienas su vienu“ pavyzdys

          Antras tipas - tai vadinamasis ryšys „vienas su daugeliu” arba sudėtingas ryšys. Tarp objektų „A” ir „B” egzistuoja sudėtingas ryšys, jeigu bet kuriuo momentu vieną „A” reikšmę atitinka kelios „B” reikšmės. Toks ryšys vaizduojamas dviguba rodykle:

Pav. 3 Ryšio „vienas su daugeliu“ pavyzdys

 

Be šių pagrindinių ryšio tipų, taip galimi ryšiai “daugelis su vienu” bei “daugelis su daugeliu”. Ryšių tipai gali būti pažymėti ne tik rodyklėmis, bet ir simboliais, pvz. :

ü             [1 : 1] -“viena su vienu”,

ü             [1 : M], [1 : ∞ ] - “vienas su daugeliu”.

 

          Tarp bet kurių dviejų objektų dažnai egzistuoja abipusis ryšys. Pavyzdžiui, jei tai yra „Vyras” ir „Moteris”, tai tarpusavio ryšys tarp jų gali atspindėti santuokos formą:


 

-          tradicinė krikščioniška santuokos forma

-          daugiapatystė

 

-          daugiavyrystė

 

-          grupinė santuoka

 

Pav. 4 Galimi ryšių tarp DE tipų „Vyras“ ir :Moteris“ variantai

 

          Kitame pavyzdyje pateikiama ovalinė diagrama su gausesniais DE tipais ir ryšiais tarp jų.

Pav. 5 Duomenys apie skyriaus tarnautojus ir jų ryšiai

        Šioje diagramoje vaizduojami ne visi galimi ryšiai tarp DE. Čia, pavyzdžiui, nematyti sudėtingo ryšio „Alga-Tarnautojas” (o be tokio ryšio nebūtų galima atsakyti štai į tokį vartotojo klausimą „Kokie tarnautojai gauna algą, didesnę negu 1000 litų?”).

 

        Įrašai, raktai, atributai. Jeigu yra N skirtingų DE, tai tarp jų galimi N*(N-1) ryšiai. Todėl didelėse DB, kuriose būna šimtai ar tūkstančiai DE, ryšių skaičius be galo išaugtų (pvz., jei N=1000, tai ryšių skaičius siektų milijoną). Norint sumažinti ryšių skaičių, DE jungiami į grupes. Tokios DE grupės vadinamos įrašais. Įrašų struktūrą taip pat galima pavaizduoti ovalinėmis diagramomis:

 

Pav. 6 Bendras įrašo tipo ovalinės diagramos pavidalas

          Įraše yra bent vienas DE (ar jų rinkinys), kurio visos reikšmės yra nepasikartojančios, t. y. jo reikšmės vienareikšmiškai identifikuoja kitas įrašo reikšmes. Toks DE (ar jų rinkinys) vadinamas raktu. Kiti (neraktiniai) DE vadinami atributais.

Toliau pateiktas konkretaus įrašo struktūros pavyzdys:

 

 

        Sudėtinis raktas, galimi raktai. Jei raktas susideda iš kelių DE, jis vadinamas sudėtiniu. Sudėtinis raktas apdorojant duomenis traktuojamas kaip vienas DE ir diagramoje vaizduojamas vienu ovalu. Žemiau parodyti du galimi sudėtiniai raktai

Programuotojas+Programos Nr.

ir „Programuotojas+Programos pavadinimas” :

 

 

          Pirminis raktas. Įrašas gali turėti kelis raktus, vadinamus galimais raktais. Ankstesnėje diagramoje yra du galimi raktai -„Programuotojas+Programos Nr.” ir „Programuotojas+Programos pavadinimas”. Vienas iš galimų raktų yra pirminis raktas (faktiškai naudojamas DE identifikacijai), o kiti - alternatyvieji raktai (raktai - kandidatai). Pirminiam raktui DE reikia parinkti taip, kad iš anksto būtų žinomas jų įgyjamų reikšmių diapazonas, o DE jame būtų kuo mažiau. Labai pabrėžtina rakto savybė yra jo pertekliškumo nebuvimas: iš rakto, kurį sudaro keli DE, negalima išmesti jokio DE (to rakto nesuardant).  Įrašo rakto svarba didelė - juo galime atskirti DE vieną nuo kito, pagal jį nustatoma įrašo vieta atmintyje.

          DB rodyklinis modelis. Panašiai kaip DE, į grupes sujungiami ir įrašai. Įrašų su tarpusavio ryšiais visuma sudaro duomenų bazę. Jos sudarymo metu labai svarbu tai, kaip sugrupuojami DE, t.y. kokie DE surenkami į vieną įrašą, kokie parenkami raktai ir kaip tarp įrašų nustatomi ryšiai. Ryšiai tarp skirtingų įrašų vaizduojami rodyklėmis tarp tų įrašų pirminių raktų -taip gaunamas DB rodyklinis modelis, kitaip tariant, DB struktūros diagrama.

DB, rezervuojančios lėktuvų bilietus, diagramos pavyzdys:

 

Pav. 7 Bilietų rezervavimo DB rodyklinis modelis

Kompaktiškesnis įrašo ir DB struktūros vaizdavimo būdas yra stačiakampė diagrama. Tokioje diagramoje DE vaizduojami stačiakampiais, o įrašai - stačiakampių blokais. Raktiniai DE pabraukiami. Žemiau pateikiama stačiakampė diagrama, gauta iš ankstesnės ovalinės diagramos:

Pav. 8 Stačiakampės diagramos pavyzdys

 

 

Parengta pagal:

 

V. Dagys ir kt. Duomenų bazės. ECDL atstovybės Lietuvoje sertifikuota mokomoji medžiaga, L-kla “ Žara”, Kaunas, 2000, 7 – 13 psl.

 

J.Adomaitis ir kt. Informatika I dalis Vadovėlis, L-kla “Technolgija”, Kaunas, 1999, 156 – 160 psl.

 

http://distance.ktu.lt/kursai/informatika1/8/

 

V. Sekliuckis, S.Gudas, G.Garšva INFORMACIJOS SISTEMOS IR DUOMENŲ BAZĖS, Vadovėlis. Kaunas: Technologija, 2003, 338 psl.

 

A.Vidžiūnas, R.Marčiulynienė ACCESS XP. Taikomųjų duomenų bazių projektavimo pagrindai,

“Smaltijos” leidykla, Kaunas, 2003, 318 p.

 

A.Saulis, O.Vasilecas INFORMACINIU SISTEMU PAGRINDAI, mokomoji knyga, Technika, Vilnius, 1998, 55 – 81 psl.