Особенности фактографических ИС
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
Филиал РУДН в г. Перми
Направление: Прикладная информатика
Дисциплина: Информационные системы
Контрольная работа
Особенности фактографических ИС
Студент: Биринцева Милана Сергеевна
Курс 1, группа ПИ-10-1
№ студенческого билета 3732100267
ПЕРМЬ
2011 год
Содержание
1. Общая информация об
Под информационной системой обычно понимается прикладная программная подсистема, ориентированная на сбор, хранение, обработку текстовой и/или фактографической информации. Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с пользователем.
В наиболее общем случае типовые программы, входящие в состав информационной системы, реализуют:
- диалоговый ввод-вывод;
- логику диалога;
- прикладную логику обработки данных;
- логику управления данными;
- операции манипулирования файлами и/или базами данных.
Хотя информационные системы являются обычным программным продуктом, они имеют ряд существенных отличий от стандартных прикладных программ и систем.
В зависимости от предметной области, информационные системы могут значительно различаться по своим функциям, архитектуре и реализации. Однако можно выделить ряд свойств, которые являются общими:
- Информационные системы предназначены для сбора, хранения и обработки информации, поэтому в основе любой из них лежит среда хранения и доступа к данным.
- Информационные системы ориентированы на конечного пользователя, не обладающего высокой квалификацией в области вычислительной техники. Поэтому клиентские приложения информационной системы должны обладать простым, удобным, понятным, легко осваиваемым интерфейсом, который предоставляет конечному пользователю все необходимые для работы функции и в то же время не дает ему возможности выполнять какие-либо лишние действия.
Таким образом, при разработке информационной системы приходится решать две основные задачи:
- разработка базы данных, предназначенной для хранения информации;
- разработка графического интерфейса пользователя клиентских приложений.
2. Место фактографических ИС в классификации информационных систем
Разработка и проектирование информационной системы начинаются с построения концептуальной модели ее использования. Концептуальная модель использования информационной системы определяет, прежде всего, круг конкретных задет и функций, обеспечиваемых созданием и эксплуатацией информационной системы, а также систему сбора, накопления и выдачи информации.
Поэтому основным критерием классификации АИС являются функции и решаемые задачи, основными из которых могут являться:
- справочные;
- поисковые;
- расчетные;
- технологические.
Справочные функции являются наиболее распространенным типом функций информационных систем и заключаются в предоставлении абонентам системы возможностей получения установочных данных на определенные классы объектов (Лица, Организации, Телефоны, Адреса и т. п.) с жестко или произвольно заданным набором сведений. Видами информационных систем, реализующих чисто справочные функции, являются всевозможные электронные справочники, картотеки, программные или аппаратные «электронные записные книжки» и их более развитые аналоги в виде т.н. персональных информационных систем.
Системы, реализующие поисковые функции, являются наиболее широко распространенным классом информационных систем, которые чаще всего называют информационно-поисковыми системами (ИПС). ИПС в общем виде можно рассматривать как некое информационное пространство, задаваемое в терминах информационно-логического описания предметной области — «информационные объекты», «информационные связи». Пользователям ИПС предоставляется возможность поиска и получения сведений по различным поисковым образам в таком информационном пространстве.
Расчетные функции информационных систем заключаются в обработке информации, находящейся в системе, по определенным расчетным алгоритмам для различных целей. К числу подобных задач относится вычисление определенных статистических характеристик и показателей по экземплярам различных типов объектов и отношений, данные по которым накапливаются в системе. Широко применяющейся разновидностью расчетных информационных систем являются различные системы автоматического проектирования, всевозможные бухгалтерские и финансово-экономические системы.
Технологические функции информационных систем заключаются в автоматизации всего технологического цикла или отдельных его компонент, какой-либо производственной или организационной структуры. К системам, обеспечивающим подобные задачи, относится широкий класс автоматизированных систем управления (АСУ, АСУ ТП). Другой разновидностью технологических информационных систем являются системы автоматизации документооборота.
По характеру представления и логической организации хранимой информации информационные системы условно подразделяются на документальные, геоинформационные и фактографические.
В документальных ИС единичным элементом информации является нерасчлененный на более мелкие элементы документ и информация при вводе (входной документ), как правило, не структурируется, или структурируется в ограниченном виде. Для вводимого документа могут устанавливаться некоторые формализованные позиции – дата изготовления, исполнитель, тематика и т. д. Некоторые виды документальных АИС обеспечивают установление логической взаимосвязи вводимых документов – соподчиненность по смысловому содержанию, взаимные отсылки по каким-либо критериям и т. п. Определение и установление такой взаимосвязи представляет собой сложную многокритериальную и многоаспектную аналитическую задачу, которая не может в полной мере быть формализована.
В геоинформационных АИС данные организованы в виде отдельных информационных объектов (с определенным набором реквизитов), привязанных к общей электронной топографической основе (электронной карте). Геоинформационные системы применяются для информационного обеспечения в тех предметных областях, структура информационных объектов и процессов в которых имеет пространственно-географический компонент, например маршруты транспорта, коммунальное хозяйство и т. п.
Фактографические ИС накапливают и хранят данные в виде множества экземпляров одного или нескольких типов структурных элементов (информационных объектов). Каждый из таких экземпляров структурных элементов или некоторая их совокупность отражают сведения по какому-либо факту, событию и т. д., отделенному (вычлененному) от всех прочих сведений и фактов. Структура каждого типа информационного объекта состоит из конечного набора реквизитов, отражающих основные аспекты и характеристики сведений для объектов данной предметной области. К примеру, фактографическая АИС, накапливающая сведения по лицам, каждому конкретному лицу в базе данных ставит в соответствие запись, состоящую из определенного набора таких реквизитов, как фамилия, имя, отчество, год рождения, место работы, образование и т. д. Комплектование информационной базы в фактографических АИС включает, как правило, обязательный процесс структуризации входной информации из документального источника. Структуризация при этом осуществляется через определение (выделение, вычленение) экземпляров информационных объектов определенного типа, информация о которых имеется в документе, и заполнение их реквизитов.
3. Общая характеристика фактографических ИС
Объединяющим началом всех ИС являются их цели, задачи и функции. Различия определяются способами, методами и средствами реализации поставленных целей, задач и функций. В основе этих различий лежит специфика обрабатываемых ими информационных массивов. Как уже упоминалось, документальные системы имеют дело со слабоструктурируемой информацией, представленной совокупностью документов, которые необходимо содержать в системе в целях удовлетворения информационных потребностей её пользователей. Предметная область таких систем – информационная база слабоструктурируемой информации. Основные средства – информационно-поисковый язык, критерий смыслового соответствия и аппарат поиска. Фактографические информационные системы (ФИС) имеют дело с жёстко-структурируемой информацией, отображающей в той или иной степени динамику функционирования определённых объектов. Предметная область фактографических систем – информационная база жёсткоструктурируемой информации. Основные средства – языки описания и манипулирования данными. Принципиальные различия в степени структурируемости информации приводят к существенным различиям в средствах её обработки, соответственно в программных реализациях документальных и фактографических ИС.
4. Компоненты фактографических ИС
Фактографическая ИС включает в себя следующие составляющие:
- банк данных;
- подсистему подготовки и ввода информации;
- подсистему реализации пользовательских задач;
- подсистему подготовки и выдачи результатов обработки информации пользователям.
Подсистема реализации пользовательских задач ориентирована на решение определённого множества задач пользователей на основе использования банка данных и совокупности пакетов прикладных программ (в том числе электронных таблиц, текстовых процессоров, графических редакторов и т.д.).
Подсистемы ввода информации, подготовки и выдачи результатов её обработки реализуют те же функции, что и документальные ИС.
Основным ядром ФИС является фактографический банк данных. Именно банк данных является основой информационного обеспечения пользователей и базой решения всех пользовательских задач.
5. Фактографические банки данных
Фактографические банки данных – взаимосвязанная совокупность языковых, логических, программных, информационных, технических, организационных средств ввода, переработки, хранения, поиска и выдачи жёсткоструктурированной информации. Такая информация может быть представлена в текстовой, числовой, графической и других формах. Особенностью такой информации является сохранение адекватности создаваемого образа информации самой информации. Основной единицей хранения в базе данных фактографической АИПС является факт (в отличие от документальных систем, где основной единицей хранения является документ).
В соответствии с определением банк данных включает:
- базу данных;
- систему управления базой данных (СУБД);
- технические средства и администрацию банка данных.
Основным элементом этой
структуры является база
ФИС и, соответственно, банк данных создаётся
для решения некоторой
5.1. Предметная область банка данных
В общей теории информационных систем организационная система или её составляющие, для решения задач которых создаётся банк данных, носит название предметной области банка данных. Банк данных и, соответственно, ФИС могут отвечать всем информационным потребностям пользователей предметной области только в том случае, если они могут постоянно отображать динамику функционирования этой предметной области.
Сложность и слабая структурируемость самой предметной области, с одной стороны, и необходимость обработки информации в компьютере в жёсткоструктурируемой форме, с другой – приводят к необходимости приближённого представления предметной области в виде некоторой модели.
5.1.1. Моделирование предметной области
Для построения модели предметной области, отображающей динамику самой предметной области, используются понятия объект, свойство, связь, время, т.е. предметная область рассматривается как некоторая объектная система.
Объект – это то, о чём в системе должна накапливаться информация. Синонимами термина «объект» служат слова «реалия», «сущность». Объекты могут иметь материальную и нематериальную природу. Примеры объектов – студент, дисциплина, преподаватель, кафедра и т.д. Выбор объектов производится в соответствии с целевым назначением системы. Совокупность объектов предметной области образует её объектное ядро. С точки зрения приложений одни объекты считаются простыми, элементарными, неделимыми, бесструктурными; другие – сложными, составными, имеющими определённый состав и структуру. Каждый объект в конкретный момент времени характеризуется определённым состоянием. Это состояние описывается с помощью некоторого ограниченного набора свойств и связей (отношений) с другими объектами.
Под свойством понимается некоторая характеристика объекта, позволяющая установить его сходство и различие по отношению к другим объектам. Различают индивидуальные и общие свойства объекта. Первые присущи лишь единичным экземплярам объекта. Такими свойствами отличаются друг от друга, например, товары одного наименования. Общие свойства характерны для целого класса объектов. Важными же являются те свойства объекта, по которым его можно однозначно идентифицировать в модели предметной области.
Под отношением понимается форма связи между объектами. Различают внешние и внутренние отношения. Внешние отношения отражают связи между объектами, не затрагивая при этом их внутренние связи. Внутренние отношения выявляют свойства объектов или обусловливают их зависимость от данного отношения.
Использование времени в качестве одной из основных составляющих объектной системы позволяет строить динамические модели предметной области, в которых отражается зависимость от времени состояний системы.
Требования адекватности модели реальной предметной области приводят к необходимости построения некоторой иерархии моделей, высший уровень иерархии которых наиболее адекватно отображает предметную область, а нижний уровень воспринимается компьютером. Такое моделирование предметной области на языке информатики носит название многоуровневого представления данных. В настоящее время в информатике используются двухуровневое и трёхуровневое представление данных.
5.1.2. Уровни представления данных
Наиболее широко распространено рассматриваемое
в дальнейшем трёхуровневое представление
данных о предметной области. Такому
представлению соответствуют
- концептуальная модель банка данных – модель внешнего уровня иерархии, наиболее точно отображающая предметную область;
- логическая модель банка данных – промежуточная модель, обеспечивающая переход от концептуальной модели предметной области к физической модели банка данных;
- физическая модель банка данных – модель низшего уровня иерархии, с которой работает компьютер.
Независимо от числа уровней представления данных в банке данных процесс функционирования ФИС состоит в следующем:
- сбор данных о предметной области и запросах к банку данных на естественном языке;
- многоуровневое структурирование данных на различных уровнях их представления;
- ввод данных в банк данных;
- поиск и обработка данных;
- формирование выходной продукции.
Упрощённая схема
Сложность фактографических ИС, так же как и документальных ИС, не позволяет рассматривать их в одном измерении. Необходимы различные варианты стратифицированного представления. Выше были рассмотрены варианты таких представлений в виде схемы трёхуровневого представления данных и схемы взаимодействия пользователей с фактографическим банком данных. Также существуют структурная схема процесса функционирования ИС, покомпонентная декомпозиция, декомпозиция на обеспечивающие подсистемы. Каждое из этих представлений относится к одному и тому же объекту, но иллюстрирует его различные стороны.
5.2. Компоненты и пользователи банка данных
Банки данных фактографических информационных систем состоят из следующих компонентов:
- ЭВМ;
- база данных;
- администратор БД (лицо или группа лиц, реализующих управление банком данных посредством СУБД).
Различают следующие виды пользователей банков данных:
- пользователи-задачи – регламентированные по содержанию и форме запросы к банку данных;
- пользователи-люди (программисты и непрограммисты). Пользователи-программисты совершенствуют, расширяют и изменяют программную среду банка данных. Пользователи-непрограммисты (конечные пользователи) – учёные, руководители и сотрудники организаций.
6. Предметная область фактографических ИС
Каждая АИС соотносится с определённой частью реального мира, которую принято называть предметной областью системы. Так как каждая система ориентирована на выполнение определённых функций в соответствующей ей области, то её предметную область следует рассматривать как результат целенаправленного отражения фрагмента реального мира с позиций интересов АИС.
Реализацию различных функций по обработке, информации осуществляют прикладные системы, входящие в состав АИС, каждая из которых требует информации об определённой части предметной области – проблемной среде. Проблемные среды различных прикладных систем АИС могут находиться в различном соотношении – быть независимыми, пересекаться или же включаться одна в другую.
Путём регистрации отдельных фактов, относящихся к тем или иным явлениям реального мира, собирается информация о предметной области фактографической информационной системы, на базе которой строится описание предметной области – её модель. База данных, являющаяся неотъемлемой компонентой ФИПС, рассматривается как динамическая модель предметной области.
Применительно к некоторым областям гуманитарного исследования, например исторического или правового, понятие предметной области, её описание и моделирование имеет определённую специфику. Выше дано определение предметной области как результат целенаправленного отражения фрагмента реального мира с позиций интересов АИС. Корректное толкование терминов «реальный мир» или «действительность» требует понимать их как объективную реальность (т.е. существующее в действительности) во всей её конкретности, как совокупность исторических, общественно-политических и юридических явлений. Однако часто предметной областью фактографической БД, создаваемой историком, философом, юристом или другим исследователем, является не реальная действительность, а совокупность документов, исторических источников, правовых актов, которые лишь косвенно отражают реальность. В этом случае корректнее говорить не о моделировании фрагмента исторической или правовой реальности, а о моделировании совокупности источников, используемой для исследования какой-либо проблемы. Тогда созданную модель можно рассматривать как новый «метаисточник», который в большинстве случаев тем более адекватен реальности (или проблеме), чем больше разнообразных источников он охватывает. Однако (независимо от особенностей толкования предметной области) не следует забывать, что специфика рассматриваемого типа АИПС требует фиксации в её БД жёсткоструктурированной информации о предметной области. Фактографическая БД предназначена для хранения такой информации (фактов), почерпнутой при анализе реальной действительности или совокупности документов, опосредованно или косвенно её представляющих.
7. Принципы построения фактографических БД
Основные принципы построения фактографических БД:
- однократность ввода данных, многократность и многоаспектность их использования;
- организация данных сложной структуры, ориентированной на возможность их произвольной выборки в соответствии с поступающими запросами;
- централизация хранения и обработки данных на основе их интеграции, т.е. возможность взаимосвязи элементов данных, относящихся к различным массивам;
- неизбыточность данных, т.е. отсутствие их дублирования в различных массивах;
- защита данных от несанкционированного доступа, возможность использования конкретным пользователем отдельных процедур их обработки.
Способы организации данных в БД оказывают влияние на оперативность поиска, полноту и точность поиска, объёмы памяти ЭВМ и т.д.
7.1. Уровни организации данных
Архитектура современных фактографических БД предусматривает сложную многоуровневую систему организации данных. Каждый уровень системы соответствует определённому уровню абстрагирования при рассмотрении структуры БД, имеющему определённое целевое назначение. Например, для человека-пользователя, не являющегося специалистом в области обработки данных, выбирается один уровень абстрагирования; для выполнения качественного проектирования структур данных в базе – другой уровень; для решения задачи рациональной организации БД в ЭВМ – третий и т.д. Такой подход к построению БД обеспечивает возможность представления в памяти ЭВМ сложных структур данных в виде, допускающем их программную обработку средствами СУБД. При такой архитектуре БД обладает высокой способностью адаптации к возможным изменениям, как в прикладных программах, так и в самих данных.
Различают следующие уровни организации данных:
- Внешний уровень определяет данные, представляющие интерес для отдельно взятого конкретного приложения (для конкретного пользователя). Пользователь понимает БД посредством внешней модели, которая является содержанием БД в том виде, в каком её представляет конкретный пользователь.
- Концептуальный уровень соответствует описанию предметной области в целом, т.е. определяет объекты, их характеристики и отношения, представляющие интерес для всех приложений. Концептуальная схема отражает семантическое восприятие информационного содержания БД обо всей отображаемой предметной области.
- Внутренний уровень определяет данные, представляющие интерес для проектирования и эксплуатации системы. Он охватывает логический и физический уровни. Логический уровень описывается посредством внутренней схемы, которая определяет различные типы хранимых записей, представления хранимых полей, последовательность полей и т.д. Физический уровень соответствует схеме организации данных в среде запоминания и хранения.
Для описания данных и связей между ними на каждом уровне абстракции используется такое средство абстракции, как модель. Существует множество моделей, отражающих различные аспекты реального мира: физические, позволяющие понять физические свойства, математические, представляющие собой абстрактное описание мира с помощью математических знаков. Модель данных позволяет увидеть информационное содержание (семантику) данных.
Процесс функционирования фактографических банков данных состоит в следующем:
а) при вводе данных:
- сбор данных о предметной области;
- структурирование отобранных данных в соответствии с требованиями СУБД (перевод данных на язык СУБД);
- ввод данных;
- обработка данных.
б) при обработке и поиске информации:
- формулирование запроса на обработку информации на естественном языке;
- перевод запроса на язык СУБД;
- ввод запроса;
- поиск и обработка информации;
- формирование выходной продукции.
Упрощённая схема
8. Модели организации данных в фактографических информационных системах
Организация и поддержание логической структуры данных (схемы базы данных) обеспечивается средствами модели организации данных. Модель данных определяется способом организации данных, ограничениями целостности и множеством операций, допустимых над объектами организации данных. Соответственно модель данных разделяют на три составляющие — структурную, целостную и манипуляционную.
Известны три основные модели организации данных:
- иерархическая;
- сетевая;
- реляционная.
8.1. Иерархическая модель
В иерархической модели объекты-сущности и отношения предметной области представляются наборами данных, которые имеют строго древовидную структуру, т. е. допускают только иерархические (структурные) связи-отношения.
База данных с иерархической моделью данных состоит из упорядоченного набора экземпляров структуры типа «дерево».
В иерархической модели устанавливается строгий порядок обхода дерева (сверху-вниз, слева-направо) и следующие операции над данными:
- найти указанное дерево (например, отдел № 3);
- перейти от одного дерева к другому;
- перейти от одной записи к другой (например, от отдела к первому подразделению);
- перейти от одной записи к другой в порядке обхода иерархии;
- удалить текущую запись.
Основное внимание в ограничениях целостности в иерархической модели уделяется целостности ссылок между предками и потомками с учетом основного правила: никакой потомок не может существовать без родителя.
8.2. Сетевая модель
Сетевая модель является расширением иерархической, но в отличие от иерархической, в сетевой модели объект-потомок может иметь не одного, а вообще говоря, любое количество объектов-предков. Тем самым допускаются любые связи-отношения, в том числе и одноуровневые. В результате сущности и отношения предметной области АИС представляются графом любого (не только древовидного) типа.
Сетевая СУБД состоит из одного или нескольких типов записей (типов информационных объектов) и набора типов связей между ними. Каждый тип записей представлен в БД набором экземпляров записей данного типа. Аналогично каждый тип связи представлен набором экземпляров связей данного типа между конкретными экземплярами типов записей.
В сетевой модели устанавливаются следующие операции над данными:
- найти конкретную запись (экземпляр) в наборе однотипных записей;
- перейти от предка к первому потомку по некоторой связи;
- перейти к следующему потомку по некоторой связи;
- создать новую запись;
- уничтожить запись;
- модифицировать запись;
- включить в связь;
- исключить из связи;
- переставить в другую связь.
Реализация связей и сведений по ним в виде отдельных записей в БД обеспечивает одну важную отличительную особенность сетевых СУБД – навигацию по связанным данным. Сетевые СУБД обеспечивают возможность непосредственной «навигации» (перехода) от просмотра реквизитов экземпляра одного типа записи к просмотру реквизитов экземпляра связанного типа записей. Тем самым пользователю предоставляется возможность многокритериального анализа базы данных без непосредственной формализации своих информационных потребностей через формирование запросов на специальном языке, встроенном в СУБД. Поэтому СУБД с сетевой организацией данных иногда еще называют СУБД с навигацией.
Другой сильной стороной сетевой модели является также использование множественных типов данных для описания атрибутов информационных объектов (записей), что позволяет создавать информационные структуры, которые хорошо отражают традиционную табличную форму представления структурированных данных.
Сетевая модель позволяет наиболее адекватно отражать инфологические схемы сложных предметных областей.
8.3. Реляционная модель
В реляционной модели объекты-сущности инфологической схемы предметной области АИС представляются плоскими таблицами данных. Столбцы таблицы, называемые полями базы данных, соответствуют атрибутам объектов-сущностей инфологической схемы предметной области. Множество атомарных значений атрибута называется доменом.
