5.1. ВЫБОР ХРАНИМЫХ ДАННЫХ

Информационный фонд системы управления должен обеспе­чивать получение выходных наборов данных из входных с помо­щью алгоритмов обработки и корректировки данных. Это воз­можно, если создана инфологическая модель предметной облас­ти, которая вместе с наборами хранимых данных и алгоритмами их обработки позволяет построить каноническую модель (схему) информационной базы, а затем перейти к логической схеме и да­лее — к физическому уровню реализации.

Инфологической (концептуальной) моделью предметной облас­ти называют описание предметной области без ориентации на ис­пользуемые в дальнейшем программные и технические средства. Однако для построения информационной базы инфологической модели недостаточно. Необходимо провести анализ информаци­онных потоков в системе в целях установления связи между эле­ментами данных, их группировки в наборы входных, промежуточ­ных и выходных элементов данных, исключения избыточных свя­зей и элементов данных. Получаемая в результате такого анализа безызбыточная структура носит название канонической структу­ры информационной базы и является одной из форм представле­ния инфологической модели предметной области.

Для анализа информационных потоков в управляемой систе­ме исходными являются данные о парных взаимосвязях, или от­ношениях (т.е. есть отношение или нет отношения), между набо­рами информационных элементов. Под информационными эле­ментами понимают различные типы входных, промежуточных и выходных данных, которые составляют наборы входных про­межуточных Л'2 и выходных А'з элементов данных.

Формализованно связи (парные отношения) между наборами информационных элементов отображаются в виде матрицы смеж­ности В, под которой понимают квадратную бинарную матрицу, проиндексированную по обеим осям множеством информацион­ных элементов Б = {с1\ с12,~.,с1₅}. где .? — число этих элементов:

 

1, если между с/, и с1. • отношение существует;

О, в противном случае;

В позиции (/, ]) матрицы смежности записывают 1 (т.е. = 1), если между информационными элементами ф и й] существует от­ношение Ло, такое, что для получения значения информаци­онного элемента необходимо непосредственное обращение к элементу с1]. Наличие такого отношения между с1{ и ^ обозначают в виде      чему соответствует = а отсутствие — в виде

Щ ^, т.е. ду = 0. Для простоты принимают, что каждый ин­формационный элемент недостижим из самого себя:

Матрице В ставится в соответствие информационный граф О - (Л, Яо). Множеством вершин графа О - (А /?о) является мно­жество Б информационных элементов, а каждая дуга (йи <г//) со­ответствует условию 4' Ро Ф, т.е. записи 1 в позиции (г/) матрицы В.

Например, задано множество Б из четырех наборов инфор­мационных элементов, т.е. Б = й?2, ^з, й4}. Пусть матрица смежности В этих элементов имеет вид:

Из этой матрицы видно, что для вычисления элемента ^з не­обходимо обращение к элементам й\ и ^ а для получения эле­мента й/4 — к элементу (1у Чтобы получить элемент й\ надо обра­титься к Элемент не зависит от других элементов матрицы. Информационный граф в этом простейшем случае будет соот­ветствовать рис. 5.1.

В общем случае структура графа О = (А^о) вследствие неупо­рядоченности сложна для восприятия и анализа. Составлейная на основе инфологической модели, она не гарантирована от не­точностей, ошибок, избыточности и транзитивности. Для фор­мального выделения входных, промежуточных и выходных на­боров информационных элементов, определения последователь­ности операций их обработки, анализа и уточнения взаимосвязей на основе графа О = (А/? о ) строят матрицу достижимости.

Матрицей достижимости М называют квадратную бинар­ную матрицу, проиндексированную по обеим осям множеством информационных элементов Б аналогично матрице смежности В. Запись 1 в каждой позиции (у) матрицы достижимости соот­ветствует наличию для упорядоченной пары информационных элементов (й], й]) смыслового отношения достижимости Я. Эле­мент ^ достижим из элемента й], т.е. выполняется условие й] Я₀ й], если на графе О - (А^о) существует направленный путь от вер­шины к вершине (в процессе получения значения элемента

используется значение элемента й]). Если Л/Я₀ й], то отношение достижимости между элементами й] и с/, отсутствует и в позиции (у) матрицы М записывают 0. Отношение достижимости транзи­тивно, т.е. если                        и йк Я о й], то й]Я

йр г,], к = 1,

Записи 1 в столбце матрицы М соответствуют информа­ционным элементам которые необходимы для получения зна­чений элементов и образуют множество элементов предшество­вания для этого элемента. Записи 1 в строке матрицы М соответствуют всем элементам достижимым из рассматривае­мого элемента й] и образующим множество достижимости этого элемента. Информационные элементы, строки которых в матрице М не содержат единиц (нулевые строки), являются вы­ходными информационными элементами, а информационные эле­менты, соответствующие нулевым столбцам матрицы М, явля­ются входными. Это условие может служить проверкой правиль­ности заполнения матриц         если наборы входных и выходных информационных элементов известны. Информационные элемен­ты, не имеющие нулевой строки или столбца, являются промежу­точными.

Для полученного графа (см. рис. 5.1) матрица М будет выгля­деть следующим образом:

Отличие столбцов матриц М и В объясняется тем, что в мат­рице Мучитывается смысловое отношение Я между информаци­онными элементами, а в матрице В — только непосредственно /?0- Например, элемент (1$ в матрице Мдостижим из элементов и с1% т.е. d\Rd4, и        в то время как в матрице В

для этих элементов </4 достижим только из й-!), т.е. только й?з/?0^4- Из анализа матрицы М следует, что элемент является вход­ным, ^4— выходным, остальные — промежуточные. На основе матрицы М строится информационный граф Оя (А Я) системы, структурированный по входным (Ы\), промежуточным (N2) и вы­ходным наборам информационных элементов и полученный из анализа множества элементов предшествования и дости­жимости Я (й]) (рис. 5.2).

В общем случае информационный граф системы в отличие от вычисленного графа может иметь контуры и петли, что объясня­ется необходимостью повторного обращения к отдельным эле­ментам данных.

Информационный граф системы        структурируется по

уровням (N1, N2, N3) с использованием итерационной процедуры, что позволяет определить информационные входы и выходы сис­темы, выделить основные этапы обработки данных, их последова-

6-1909

тельность и циклы обработки на каждом уровне. Кроме того, уда­ляются избыточные (лишние) дуги и элементы. Граф, получаемый после структуризации по наборам информационных элементов и удаления избыточных элементов и связей, определяет каноничес­кую структуру информационной базы. Таким образом, канони­ческая структура задает логически неизбыточную информацион­ную базу. Выделение наборов элементов данных по уровням по­зволяет объединить множество значений конечных элементов в логические записи и тем самым упорядочить их в памяти ЭВМ.

От канонической структуры переходят к логической структу­ре информационной базы, а затем к физической организации информационных массивов. Каноническая структура служит так­же основой для автоматизации основных процессов предпроект- ного анализа предметных областей систем управления.

Процедуры хранения, актуализации и извлечения данных не­посредственно связаны с базами данных, поэтому логический уровень этих процедур определяется моделями баз данных.