Информационные модели

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ                           ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ                                 ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ                               ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ             ФИЛИАЛ Г. ДЕРБЕНТ                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Профессиональный  лицей

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

На тему:                                          «Информационные модели»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:        уч-ся гр.801                                                                                                                                                                         Гасайниев А.Р.

Проверила:   преподаватель

 Идрисова М.В.

 

 

Дербент 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................................3

Глава 1. Информационные модели................................................................................5

1.1.Понятие информационной модели.........................................................................5

1.2. Структуры данных: деревья, сети, графы, таблицы..............................................5

1.2.1. Граф.........................................................................................................................6

1.2.2. Иерархические структуры (деревья)...................................................................8

1.2.3. Таблицы................................................................................................................11

1.3. Пример структуры данных —  модели предметной области..............................15

1.4. Алгоритм как модель деятельности......................................................................18

Глава 2. Система управления базами данных (СУБД) MicrosoftAccess..............23

2. 1. Назначение и преимущество  СУБД MSAccess..................................................23

2. 2. Запуск программы и основные  элементы главного окна Access......................23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................................29

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................................30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерная информационная модель. Основным инструментом современной информатики является компьютер. Поэтому информационное моделирование в информатике — это компьютерное моделирование, применимое к объектам различных предметных областей. Компьютер позволил ученным работать с такими информационными моделями, исследование которых было невозможно или затруднено в докомпьютерные времена. Например, метеорологи могли и 100 лет назад написать уравнения для расчёта прогноза погоды на завтра. Но на решение их потребовалось бы много лет. И лишь с помощью компьютера появилось возможность рассчитать прогноз погоды прежде, чем наступит завтрашний день.

Чаще всего информационное моделирование  используется для прогнозирования  поведения объекта моделирования, для принятия управляющих решений. Характерной особенностью компьютерных информационных моделей является возможность  их использования в режиме реального времени, т. е. с соблюдением временных ограничений на получение результата. В самом деле, какой смысл имеет получение через неделю прогноза на завтра или расчет управляющего решения через час, если его принятие требуется через пять минут? Высокое быстродействие современных компьютеров снимает эти проблемы.

Этапы моделирования. Построение информационной модели начинается с системного анализа объекта моделирования, Представим себе быстро растущую фирму, руководство которой столкнулось с проблемой снижения эффективности работы фирмы по мере её  роста и решило упорядочить управленческую деятельность. Первое, что будет сделано на этом пути, — системный анализ деятельности фирмы, т. е. анализ объекта моделирования как системы в соответствии с системным подходом. Системный аналитик, приглашенный в фирму, должен изучить её деятельность, выделить участников процесса управления и их деловые взаимоотношения.

 

 

 

 

 

 

 

Далее полученное теоретическое описание моделируемой системы преобразуется  в компьютерную модель. Для этого используется либо готовое программное обеспечение, либо привлекаются программисты для его разработки. В конечном итоге получается компьютерная информационная модель, которая будет использоваться по своему назначению.

Для нашего примера с фирмой компьютерная информационная модель поможет найти  оптимальный вариант управления, при котором будет достигнута наивысшая

эффективность работы фирмы согласно заложенному в модель критерию.

Информационная модель базируется на данных, т. е. на информации об объекте  моделирования. Любой реальный объект обладает бесконечным множеством различных свойств. Для создания его информационной модели требуется выделить лишь те свойства, которые необходимы с точки зрения цели моделирования; четко сформулировать эту цель необходимо до начала моделирования. Например, если вы хотите создать модель учебного процесса в вашем классе, то вам потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, оценках учеников, преподавателях. А если вы захотите смоделировать процесс летнего отдыха, то вам потребуются совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поезда, стоимость билетов, стоимость расходов на питание и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.

 

Рис. 1. Этапы разработки компьютерной информационной модели

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Информационные модели

1.1. Понятие информационной модели

Известно, что модель — это некоторое  упрощенное подобие реального объекта. Более полное определение звучит так:

 

 

Модели бывают материальными и  информационными. Примерами материальных моделей являются глобус — модель Земли; манекен — модель человеческого  тела; модели самолетов, кораблей, ракет, автомобилей; макет застройки жилого района в городе и многое другое.

Предметом изучения информатики являются информационные модели.

 

 

Объектом информационного моделирования  может быть всё что угодно: отдельные  предметы; физические, химические, биологические процессы; метеорологические явления; экономические и социальные процессы.

Можно сказать, что информационным моделированием занимается любая наука, поскольку задача науки состоит в получении знаний, а наши знания о действительности всегда носят приближенный, т. е. модельный, характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но всё равно остаются приближёнными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен.

Физика создаёт модели физических объектов, химия — химических, экономика  и социология — социально-экономических  и т. д.

Информатика занимается общими методами и средствами создания и использования информационных моделей.

1.2. Структуры данных: деревья, сети, графы, таблицы

Данные, используемые в любой информационной модели, всегда определённым образом  упорядочены, структурированы. Иначе  можно сказать так: данные, на которых  базируется информационная модель, представляют собой систему со всеми характерными признаками — элементным составом, структурой, назначением. Такие структурированные  системы данныхчасто называютструктурами данных. Исследуя некоторую реальную систему, системный аналитик строит её теоретическую модель (см. рис. 1). При этом в первую очередь он должен описать структуру данных. Мы рассмотрим несколько часто используемых видов описания структур данных: графы, иерархические структуры и таблицы.

1.2.1. Графы

Информация о некотором реальном объекте может быть представлена по-разному. В разговорной речи мы используем словесное представление информации. Вот, например, словесное описание некоторой местности: «Наш район состоит из пяти поселков: Дедкино, Бабкино, Репкино, Кошкино и Мышнино. Автомобильные дороги проложены между:Дедкино и Бабкино, Дедкино и Кошкино, Бабкино и Мышкино, Бабкино и Кошкино, Кошкино и Репкино». По такому описанию довольно трудно представить себе эту местность, нелегко и запомнить описание. А представьте себе, что поселков не 5, а 25! Всё гораздо понятнее становится из схемы на рис.2.

 

 

 

Рис. 2. Неориентированный граф (сеть)

Это не карта местности. Здесь не выдержаны направления по сторонам света, не соблюден масштаб. На этой схеме  отражен лишь факт существования  пяти поселков и дорожной связи между  ними. Такая схема называется графом.

Граф отображает элементный состав системы и структуру связей.Составными частями графа являются вершины и рёбра. Здесь вершины изображены кружками, обозначающими элементы системы, а рёбра изображены линиями, показывающими связи между элементами. Глядя на этот граф, легко понять структуру дорожной системы в данной местности.

Построенный граф позволяет, например, ответить, на вопрос: через какие  поселки надо проехать,чтобы добраться из Репкино в Мышнино. Видно, что есть два возможных пути; обозначим их так:

1) Р — К — Б — М;

2) Р — К — Д — Б —  М.

Очевидно, первый путь более выгодный, потому что он короче. Однако если по какой-то причине дорого между К и Б окажется непроезжей (начнутся ремонтные работы или дорогу занесёт снегом), то единственным остается второй путь. Граф на рис. 2 еще называют сетью.

Для сети характерна возможность множества  различных путей перемещения  по ребрам между некоторыми парами вершин.

Для сетей также характерно наличие замкнутых путей, которые называются циклами. На рис. 2. имеется цикл: К – Д – Б – К. Кстати, термин «дорожная сеть» используется и в разговорной речи. И чем такая сеть гуще, тем лучше для сообщения, поскольку появляется множество различных вариантов проезда.

Граф, изображенный на рис. 2, является неориентированным графом. На нем  каждое ребро обозначает наличие  дорожной связи между двумя пунктами. Но дорожная связь действует одинаково в обе стороны: если по дороге можно проехать от Б к М, то по ней можно проехать и от М к Б. Такую связь еще называют симметричной.

  

 

 

 

 

 

Рис. 3. Ориентированный граф

А теперь рассмотрим другой тип графа  — на рис. 3.

Этот пример относится к медицине. Известно, что существуют четыре группы крови человека. Оказывается, что при переливании крови от одного человека к другому не все группы совместимы. Граф на рис. 3 показывает возможные варианты переливания крови. Группы крови обозначены вершинами графа соответствующими номерами, а стрелки указывают на возможность переливания одной группы крови человеку с другой группой крови. Например, из этого графа видно, что кровь с I группой крови воспринимает только кровь своей группы видно также, что человеку с IV группой крови можно переливать любую кровь, но его собственную кровь можно переливать только человеку с той же группой.

Связи между вершинами данного  графа несимметричны и поэтому изображаются направленными линиями со стрелками. Такие линии принято называть дугами. Граф с такими свойствами называется ориентированным. Линия, выходящая и входящая в одну и ту же вершину, называется петлёй. На рис. 3 присутствуют четыре такие петли.

Нетрудно понять преимущества изображения  системы переливания крови в  виде графа по сравнению с вербальным (словесным) описанием тех же самых правил. Граф на рис. 3 легко воспринимается и запоминается.

1.2.2. Иерархические  структуры (деревья)

При построении информационных моделей  многих систем приходится иметь дело с иерархической структурой. Как правило, иерархическую структуру имеют системы административного управления, между элементами которых установлены отношения подчинённости. Например: директор завода — начальник цехов — начальник участков — бригадиры — рабочие. Иерархическую структуру имеют также системы, между элементами, которых существуют отношения вхождения одних в другие.

На рис. 4 изображен граф, отражающий иерархическую административную структуру  нашего государства: Российская Федерация делится на семь административных округов; округа делятся на регионы (области и национальные республики), в состав которых входят города и другие населённые пункты. Такой граф деревом. Основным свойством дерева является то, что между любыми двумя его вершинами существует единственный путь. Деревья не содержат циклов и петель.

Обычно у дерева, отображающего  иерархическую систему, выделяется одна главная вершина, которая называется корнем дерева. Эта вершина изображается вверху; от нее идут ветви дерева. Вершины, непосредственно связанные с корнем, образуют первый уровень. От них идут связи к вершинам второго уровня и т. д. Каждая вершина дерева (кроме корня) имеет одну исходную вершину на предыдущем уровне и может иметь множество порожденных вершин на следующем уровне. Такой принцип связи называется «один ко многим», в отличие от сети – там связь «многие ко многим». Вершины, которые не имеют порожденных вершин, называются листьями. На рис. 4 вершины, обозначающие города, являются листьями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Граф иерархической системы

(Административная структура  Российской Федерации)

Иерархическими являются различные  системы классификации в науке. Например, в биологии весь животный мир Земли  рассматривается как  система, которая делится на типы животных, типы делятся на классы, классы состоят из отрядов, отряды — из семейств, семейства делятся на роды, роды — на виды.Следовательно, система животных имеет шестиуровневую  иерархическую структуру.

При изучении информатики вам не однажды приходилось встречаться  с иерархическими системами. Например, система хранения файлов намагнитных дисках  организована по иерархическому принципу. Операционная система позволяет получить на экране компьютера изображение файловой структуры в виде дерева (Рис. 5). Корнем этого дерева является корневой каталог диска, вершинами — подкаталоги различных уровней.

Как известно, путь к файлу —  это путь от корневого каталога до каталога, непосредственно содержащего данный файл. И для каждого файла такой путь единственный. Например, путь к файлам, содержащимся в папке Other на рис. 5, описывается так:

 

 

 

 

C:\Downloads\moviemir.com\Other

Рис. 5.Иерархическая система хранения файлов

При поиске информации в дереве перемещение по нему может происходить только вверх или вниз (на уровень выше или на уровень ниже). Нельзя осуществить прямой переход между вершинами одного уровня.

Ещё одним примером иерархической  структуры является система доменных адресов в Интернете. Фрагмент этой системы представлен на рис.6 в виде дерева.

Рис. 6. Иерархическая структура доменных адресов в Интернете

В этом дереве от корня отходят  домены первого уровня, затем —  второго и т. д. Овалами изображены компьютеры. Адрес компьютера включает в себя последовательность доменов  и имя компьютера (сначала записывается имя компьютера, затем домен нижнего  уровня и т. д., до домена самого верхнего уровня). Для трех указанных на рис. 6 компьютеров доменные адреса записываются так:

www.pstu.ac.ru                             hydra.psu.ru                             mail.psu.ru

Каждую вершину дерева, не являющуюся листом, можно рассматривать как  корень поддерева, исходящего из этой вершины. Например, на рис. 6 поддерево с корнем в вершине ru представляет структуру доменных имён российского сектора Интернета.

1.2.3. Таблицы

Представление информации в табличной  форме широко распространено. Только в школьной практике вам приходится встречаться с массой таблиц: расписанием занятий, журналом успеваемости, графиком дежурств, таблицей Менделеева, таблицами физических свойств веществ (плотности, теплоёмкости, электрического сопротивления и пр.), таблицами исторических дат и многими другими.

Чаще всего мы пользуемся прямоугольными таблицами (бывают и более «хитрые» формы таблиц, но о них мы говорить не будем). Простейшая таблица состоит из строк и граф (столбцов). В верхней строке таблицы обычно располагаются заголовки столбцов. Пересечение строки и столбца образует ячейку. Таблица 1 — пример прямоугольной таблицы, содержащей сведения о погоде в течение нескольких дней.

Таблица 1.Погода

Дата	Осадки	Температура, °C	Давление, мм рт. ст.	Влажность, %
15.03.2007	снег	–3,5	746	67
16.03.2007	без осадков	0	750	62
17.03.2007	туман	1,0	740	100
18.03.2007	дождь	3,4	745	96
19.03.2007	без осадков	5,2	760	87

 

Обратите внимание на правила оформления таблиц. Над таблицей обычно указывается  её номер и заголовок. Заголовки  столбцов пишутся с прописной  буквы; там, где это необходимо, указываются  размерности величин.

Таблица 1 является примером таблицы  типа «объект–свойство». Каждая строка такой таблицы относится к  конкретному объекту. В нашем  примере объект — это определённый день. Первый столбец обычно идентифицирует этот объект (дата идентифицирует день). Последующие графы отражают свойства объекта. В таблице 1 это метеорологические данные. Обратите внимание на то, что строки таблицы расположены по возрастанию даты, т. е. информация в таблице упорядочена (по дате). Упорядоченность позволяет быстро найти нужные данные.

Другой тип таблиц называется «объект–объект». Такие таблицы отражают взаимосвязь  между различными объектами. Примером является таблица успеваемости учеников по разным предметам (табл.2).

Таблица 2. Успеваемость

Ученик	Предмет
	Русский	Алгебра	Химия	Физика	История	Музыка
Аликин Петр	4	5	5	4	4	5
Ботов Иван	3	3	3	3	3	4
Волков Илья	5	5	5	5	5	5
Галкина Нина	4	4	5	2	4	4

 

Эта таблица отражает связь между  объектами двух типов: учениками  и изучаемыми дисциплинами. Оценка (расположена в ячейке) является характеристикой такой связи. В такой таблице строки и столбцы могут поменяться местами: в строках — информация о предметах, в столбцах — об учениках. Удобнее работать с таблицами, в которых столбцов меньше, чем строк. Обычно учеников в классе больше, чем изучаемых предметов.

Важной разновидностью таблиц типа «объект–объект» являются двоичные матрицы. Двоичные матрицы отображают качественную связь между объектами: есть связь или нет связи. Например, если бы ученики могли выбирать изучаемые предметы по своему усмотрению, то сведения о том, кто что изучает, можно было бы представить в виде таблицы 3:

Таблица 3.Изучаемые предметы

Ученик	Предмет
	Русский	Алгебра	Химия	Физика	История	Музыка
Аликин Петр	0	1	1	1	0	0
Ботов Иван	1	1	0	1	0	1
Волков Илья	1	0	0	0	1	1
Галкина Нина	0	1	1	0	1	0

 

Нетрудно догадаться, что единица  указывает на изучаемый предмет, а  неизучаемый предмет отмечен  нулём.

Табличный способ представления данных является универсальным. Любую структуру  данных, в том числе и представленную в виде графа, можно свести к табличной  форме. Таблица 4 — возможное представление иерархической структуры, изображённой на рис. 2.

Таблица 4. Административная структура Российской федерации

Город	Регион	Округ
Березники	Пермская обл.	Приволжский
Екатеринбург	Свердловская обл.	Уральский
Кунгур	Пермская обл.	Приволжский
Пермь	Пермская обл.	Приволжский
Сергиев Посад	Московская обл.	Центральный

 

Заполнение таблицы происходит путём движения по дереву снизу вверх (от листьев к корню). Получилась таблица типа «объект–свойство». Объекты — города, а свойствами является их принадлежность к соответствующим административно-географическим зонам. Строки в данной таблице упорядочены в алфавитной последовательности названии городов. Нет смысла заводить графу под названием «Государство», поскольку во всех строках в ней будет присутствовать одно значение «Российская Федерация». Лучше это слово вынести в заголовок этой таблицы.

Для табличного представления сетей  используют двоичные матрицы. Таблица 5 представляет собой двоичную матрицу, соответствующую структуре сети на рис. 2.

Таблица 5.Дорожная сеть

Посёлок	Посёлок
	Бабкино	Дедкино	Кошкино	Репкино	Мышкино
Бабкино	0	1	1	0	1
Дедкино	1	0	1	0	0
Кошкино	1	1	0	1	0
Репкино	0	0	1	0	0
Мышкино	1	0	0	0	0

 

Двоичная матрица в этой таблице  называется матрицей смежности: единицы стоят на пересечении строк и столбцов с названиями смежных (соединённых дорогой) посёлков. Если сеть является неориентированным графом, то матрица смежности симметрична относительно главной диагонали, идущей от верхнего левого угла в правый нижний угол матрицы (подумайте сами почему). Вследствие этого, если строки и столбцы поменять местами, то матрица не изменится.

Замечание: вопрос о том, какую цифру (ноль или единицу) ставить в диагональных клетках, носит условный характер. Можно договориться по-разному. В таблице 5 поставлены нули из тех соображений, что, например, дороги Бабкино–бабкино не существует (хотя, в принципе, можно построить такую петлю).

У матрицы, отображающей ориентированный  граф, такой симметричности не будет. В этом случае надо договориться о  смысле строк и столбцов. Например, пусть для каждой пары смежных  вершин строка обозначает начальную, а  столбец — конечную вершину. Тогда структуру ориентированного графа, изображённого на рис. 3, можно представить следующей двоичной матрицей смежности — табл. 6.

Таблица 6.Переливание крови

Начальная вершина	Конечная вершина
	I	II	III	IV
I	1	1	1	1
II	0	1	0	1
III	0	0	1	1
IV	0	0	0	1

 

Может возникнуть вопрос: зачем мы переводили граф в табличную форму? Ведь граф, с точки зрения человека, гораздо нагляднее и понятнее представляет структуру системы, чем таблица. Для человека это действительно так. Однако для компьютерной обработки табличная форма подходит лучше. Многие компьютерные технологии работают с таблицами (базы данных, электронные таблицы); обработку таблиц удобно описывать на универсальных языках программирования. Поэтому представление системы в форме графа обычно используется в теоретических моделях, а в компьютерном моделировании чаше работают с табличным представлением.

 

 

 

 

 

 

Структуры данных
Графы					Таблицы
Разновидности графа					Элементы прямоугольной  таблицы
Деревья			Сети		Строки	Столбцы	Ячейки
Тип связей в графе					Типы таблиц
Один ко многим			Многие ко многим
Элементы дерева			Элементы сети		Объект–свойство	Объект–объект	Двоичная матрица
Корень	Ветви	Листья	Вершины	Рёбра
Единственность пути между  вершинами			Множественность путей между  вершинами