Лекция 1. Введение. Данные. Базы данных. Банк данных.

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине «Базы данных и экспертные системы»

Лекция 1. Введение. Данные. Базы данных. Банк данных.

Данные – это информация, зафиксированная в определенной (структурированной) форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи. К данным необходим «прозрачный» доступ сразу нескольких пользователей, т.е. любой пользователь должен иметь возможность получать необходимую ему информацию, модернизировать ее, заносить новую и удалять старую, причем конечный пользователь может обо всех этих операциях и не знать. Банк Данных (БнД) – это информационная система, включающая в себя информационные, математические (алгоритмические), программные, языковые, организационные и технические средства (аппаратная платформа и операционная система) обеспечивающие в совокупности централизованную поддержку и коллективное использование данных пользователем БнД. Языковые средства – языки, с помощью которых описывается структура данных (DDL) и языки манипулирование данными (DML ­– SQL). База Данных (БД) – это структурированная определенным образом совокупность данных, относящихся к конкретной задаче. БД может быть как локальная, так и распределенная. Система Управления Базами Данных (СУБД) представляет собой комплекс инструментальных средств (программных и языковых) реализующих централизованное управление БД и обеспечивающих доступ к данным (изменения, добавления, удаления, резервного копирования и т.д.). СУБД должна обеспечивать поиск, модификацию и сохранность данных, а также оперативный доступ (время отклика), защиту целостности данных от аппаратных сбоев и программных ошибок, разграничение прав и защита от несанкционированного доступа, поддержка совместной работы нескольких пользователей с данными. Теперь определим понятия " предметная область":

Предметная область - часть реального мира, подлежащая изучению с целью организации управления и, в конечном счете, автоматизации. Предметная область представляется множеством фрагментов, например, предприятие - цехами, дирекцией, бухгалтерией и т.д. Каждый фрагмент предметной области характеризуется множеством объектов и процессов, использующих объекты, а также множеством пользователей, характеризуемых различными взглядами на предметную область.

В теории проектирования информационных систем предметную область принято рассматривать в виде трех представлений:

- представление предметной области в том виде, как она реально существует;

- как ее воспринимает человек (имеется в виду проектировщик базы данных);

- как она может быть описана с помощью символов.

Т.е. говорят, что мы имеем дело с реальностью, описанием (представлением) реальности и с данными, которые отражают это представление.

Данные, используемые для описания предметной области, представляются в виде трехуровневой схемы (так называемая модель ANSI/SPARC) представлена на рисунке 1.

Внешнее представление (внешняя схема) данных является совокупностью требований к данным со стороны некоторой конкретной функции, выполняемой пользователем. Концептуальная схема является полной совокупностью всех требований к данным, полученной из пользовательских представлений о реальном мире. Внутренняя схема - это сама база данных. Отсюда вытекают основные этапы, на которые разбивается процесс проектирования базы данных информационной системы:

Рисунок 1 - Трехуровневая схема описания предметной области

Концептуальное проектирование - сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

- обследование предметной области, изучение ее информационной структуры;

- выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами;

- моделирование и интеграция всех представлений

По окончании данного этапа получаем концептуальную модель, инвариантную к структуре базы данных. Часто она представляется в виде модели " сущность-связь".

Логическое проектирование - преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД - ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

Физическое проектирование - определение особенностей хранения данных, методов доступа и т.д.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования представлено в следующей таблице:

Экспертные системы (ЭС) позволяет выявлять, накапливать и корректировать знания из различных областей и на основе этих знаний формировать решения, которые считаются если не оптимальными, то достаточно эффективными в определенных ситуациях.

ЭС используют знания группы экспертов в рамках определенной предметной области. В качестве экспертов используются конкретные специалисты, которые могут быть не достаточно знакомы с ЭВМ.

В настоящее время в общем объеме доля ЭС составляет до 90%. Если проранжировать области применения по количеству созданных образцов:

1. Медицинская диагностика, обучение, консультирование.

2. Проектирование ЭС.

3. Оказание помощи пользователям по решению задач в разных областях.

4. Автоматическое программирование. Проверка и анализ качества ПО.

5. Проектирование сверхбольших интегральных схем.

6. Техническая диагностика и выработка рекомендаций по ремонту оборудования.

7. Планирование в различных предметных областях и анализ данных, в том числе и на основе статистических методов.

С появлением ЭС появилась новая научная дисциплина - инженерия знаний, которая занимается исследованиями в области представления и формализации знаний, их обработки и использования в ЭС. В настоящее время под термин ЭС попадает очень большой круг систем, которые можно отнести к ЭС только по используемым моделям и методам проектирования.