Модель решения задачи

Содержание

Введение 2

1 Теоретическая  часть 4

1.1 Понятие  базы данных 4

1.2 Особенности  разработки компьютерной информационной  модели в среде баз данных 5

1.3  Классификация баз данных 8

1.4 Реляционная  модель 9

1.5 Иерархическая  модель 10

1.6 Сетевая  модель 13

2 Практическая  часть 16

2.1 Постановка  задачи 16

2.1.1 Цель решения  задачи 16

2.2 Компьютерная  модель решения задачи 18

2.2.1 Информационная  модель решения задачи 18

2.2.2 Аналитическая  модель решения задачи 19

2.3 Результаты  компьютерного эксперимента и  их анализа 29

2.3.1 Результаты  компьютерного эксперимента 29

2.3.2 Анализ  полученных результатов 30

Заключение 32

Список используемой литературы 33

Введение

Наши знания о реальном мире складываются из множества информационных моделей. Это сведения о свойствах  разнообразных объектов и их взаимодействии между собой. С развитием производства и общества поток информации непрестанно  растет. Все труднее становится найти  в этом мощном потоке те сведения, которые  интересуют нас в данный момент. Чтобы ориентироваться в таком  обилии и разнообразии данных, мы стремимся  их систематизировать. Это особенно актуально в тех случаях, когда  нужно описать совокупность объектов, у которых можно выделить общие свойства. Традиционно такую информацию систематизировали во всевозможных картотеках, где на небольших листах или картах собирали сведения по какому-либо одному признаку, по какой-то одной теме. Подобные систематизированные картотеки используются в отделах кадров предприятий, в библиотеке, в поликлинике и т.п. Но постоянное заполнение и обновление карточек – дело кропотливое и ответственное, отнимающее очень много времени.

Современное развитие компьютерной техники помогает справляться с  колоссальными объемами информации. Компьютер позволяет технически развитым странам перейти на безбумажную  технологию хранения, обмена и обработки  информации – электронные картотеки. Специальные программы позволяют упорядочить многообразие накопленной человечеством информации об окружающем мире в виде компьютерных информационных моделей.

Как и любая картотека, компьютерная информационная модель должна отвечать интересам определенного  пользователя. Поэтому постановка задачи создания информационной модели тесно  увязана с целями моделирования. В самом общем приближении  можно выделить следующие цели:

• хранение информации;
• возможность упорядочения данных по некоторым признакам;
• возможность создания различных критериев выбора данных;
• представление информации в удобном для пользователя виде.

В современных условиях выбор модели компьютерной базы данных является первым шагом для реализации функциональных задач в любой предметной области.

Целью курсовой работы является изучить  теоретический материал по организации компьютерных баз данных и выполнить расчет стоимости учебной литературы в образовательных учреждениях.

Для оформления курсовой работы использован  пакет прикладных программ Microsoft Office и приложение Microsoft Word из состава профессионального выпуска Microsoft Office для Windows7 Максимальная.

Для выполнения курсовой работы использован компьютер Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 3,00GHz 3,00 ГГц, 4,00 ГБОЗУ, система Microsoft Windows 7 Максимальная 64 bit версия 2009 ServicePack 1.

1 Теоретическая часть

1.1 Понятие базы данных

В литературе предлагается множество определений понятия  «база данных». Приведем некоторые из них.

База данных – совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных.

База данных – организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

База данных – совместно используемый набор логически связанных данных (и описание этих данных), предназначенный для удовлетворения информационных потребностей организации.

Главное, что можно выделить из представленных выше определений:

• база данных – это организованная совокупность данных;
• база данных является основой информационной системы.

Назовем отличительные признаки базы данных (БД):

• БД хранится и обрабатывается в вычислительной системе;
• данные в БД логически структурированы (систематизированы) с целью обеспечения возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе;
• . БД включает схему, описывающую ее логическую структуру.

Следовательно, если накопленная информация хранится в форме каким-либо образом организованных учетных записей или в виде структурированного файла, можно говорить о наличии базы данных.

Наличие компьютерной БД, т. е. файла, хранящего совокупность связанных  между собой сведений, подразумевает  и наличие программы, которая  обрабатывает эти данные (производит поиск, сортировку, редактирование данных). Такая программа называется системой управления базой данных (СУБД). Без  возможности осуществления перечисленных  операций база данных становится практически  бесполезной.

СУБД – это комплекс программных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержания их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

1.2 Особенности разработки компьютерной информационной модели в среде баз данных

Основные стадии построения информационной модели в среде баз данных представлены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 – Стадии построения информационной модели

При сборе данных необходимо выделить из разнообразной информации, характеризующей объект, только ту, которая обусловлена целями моделирования. На основе исходных данных формируется структура будущей базы данных. Структура информационной модели в базах данных – описание полей, соответствующих параметрам объекта или процесса. Поля  – это параметры, по которым будет систематизироваться информация о различных объектах.

После определения и задания  структуры базы данных компьютерная среда предлагает перейти в режим  заполнения. Заполнив даже одну запись, можно выявить ошибки и неточности в задании типов полей, формата  вводимых данных.

Реальная информационная модель может содержать от нескольких до десятков тысяч записей. Наполнение базы — это ввод записей в созданную      структуру.     Система управления базами данных позволяет осуществлять ввод новых записей, редактировать имеющиеся, удалять   устаревшие.   И   в   этом смысле  база данных  напоминает живой организм. Важно, чтобы пользователь,   работающий   с базой данных, имел возможность видеть информацию на экране в разных видах. Например, в виде карточки по каждому объекту (рисунок 1.2) или списка (рисунок 1.3).

Рис. 1.2 – Карточка для ввода информации

Рис. 1.3 – Список для просмотра информации

Управление информационной моделью неразрывно связано с  разработкой различных критериев  поиска и сортировки данных. Для  успешной работы с информационной моделью  программные среды баз данных позволяют создавать расчетные  поля, в которых исходная информация преобразуется в другой вид. Компьютерный эксперимент включает две стадии: тестирование (проверка правильности выполнения операций) и проведение эксперимента с реальными данными.

Компьютерный эксперимент  завершается выдачей результатов  в удобном для анализа и  принятия решения виде. Одно из преимуществ  компьютерных информационных моделей  — возможность создания различных  форм представления выходной информации, называемых отчетами. Каждый отчет  содержит информацию, отвечающую цели конкретного эксперимента. Удобство компьютерных отчетов заключается  в том, что они позволяют сгруппировать  информацию по заданным признакам, ввести итоговые поля подсчета записей по группам и в целом по всей базе и в дальнейшем использовать эту информацию для принятия решения.

Конечный пункт всякого  моделирования — принятие решения. Полученные в результате компьютерных экспериментов различные формы  представления данных позволяют  сделать выводы на основе анализа  информации, представленной в отчетах.

Иногда в процессе работы появляется необходимость дополнить  базу новыми полями исходных данных для  более полной характеристики объектов, т. е. принимается решение о корректировке  информационной модели. Среда СУБД позволяет сделать это. В результате получается новая уточненная модель.

В настоящее время существует несколько видов СУБД. Наиболее известными и популярными СУБД являются Access, FoxPro и Paradox. Каждая из этих систем обладает своими достоинствами и недостатками.

1.3  Классификация баз данных

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям. Рассмотрим некоторые из них.

Классификация по способу хранения данных:

• централизованные БД, где вся информация хранится на одном компьютере (это может быть автономный ПК или сервер сети, к которому имеют доступ пользователи-клиенты).
• распределенные БД, где разные части базы хранятся на разных компьютерах (используются в локальных и глобальных компьютерных сетях).

Классификация по содержимому:

• географическая;
• историческая;
• научная;
• мультимедийная;
• и т.д.

Классификация по модели данных:

• реляционная;
• иерархическая;
• сетевая.

1.4 Реляционная модель

Реляционная модель (реляционный от латинского relatio - отношение) указывает, прежде всего, на то, что такая модель хранения данных построена на взаимоотношении составляющих ее частей. В простейшем случае она представляет собой двухмерный массив или двухмерную таблицу, а при создании сложных информационных моделей составит совокупность взаимосвязанных таблиц.

Свойства реляционной модели базы данных:

• каждый элемент таблицы – один элемент данных;
• все столбцы в таблице являются однородными, т. е. имеют один тип (числа, текст, дата и т. д.);
• каждый столбец (поле) имеет уникальное имя;
• одинаковые строки (записи) в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк в таблице может быть произвольным и может характеризоваться количеством полей, количеством записей, типом данных.

Реляционная модель данных, как правило, состоит из нескольких таблиц, которые связываются между  собой ключами.

Ключ – поле БД, которое заполняется уникальными данными, т.е. повторяться данные в этом поле не могут.

Например, для хранения сведений о студентах группы учебного заведения  можно создать взаимосвязанные  таблицы, приведенные на рисунке 1.4.

Рис. 1.4 – Структура таблиц базы данных «Студенты»

Над такой моделью базы данных удобно производить следующие действия:

• сортировку данных (например, по алфавиту);
• выборку данных по группам (например, по датам рождения или по учебным группам);

В настоящее время реляционная  модель является наиболее удобной и  применимой моделью хранения данных. Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать на компьютере с помощью электронных таблиц и систем управления базами данных.

1.5 Иерархическая модель

Нас окружает множество различных  объектов, каждый из которых обладает определенными свойствами. Однако некоторые  группы объектов имеют одинаковые общие  свойства, которые отличают их от объектов других групп. Группа объектов, обладающих одинаковыми общими свойствами, называется классом объектов. Внутри класса объектов могут быть выделены подклассы, объекты  которых обладают некоторыми особенными свойствами, в свою очередь подклассы  могут делиться на еще более мелкие группы и так далее. Такой процесс  систематизации объектов называется процессом классификации. В процессе классификации объектов часто строятся информационные модели, которые имеют иерархическую структуру.

Иерархическая модель базы данных представляет собой совокупность элементов, расположенных в порядке  их подчинения от общего к частному и образующих перевернутое дерево. (граф). Данная модель характеризуется такими параметрами, как уровни, узлы, связи. Принцип работы модели таков, что несколько узлов более низкого уровня соединяется при помощи связи с одним узлом более высокого уровня.

Узел - информационная модель элемента, находящегося на данном уровне иерархии.

Свойства иерархической  модели базы данных:

• объекты распределены по уровням;
• несколько узлов низшего уровня связано только с одним узлом высшего уровня;
• иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень), не подчиненный никакой другой вершине;
• каждый узел имеет свое имя (идентификатор);
• существует только один путь от корневой записи к более частной записи данных.

Рассмотрим иерархическую  модель на примере базы данных «Студенты», построенной нами ранее. С точки  зрения иерархической модели, она  должна принять следующий вид: в  состав входят группы; у каждой группы свой куратор, в состав каждой группы входят конкретные ученики. Модель может быть представлена в виде схемы (рисунок 1.5).

Рис. 1.5 – Иерархическая структура базы данных «Студенты»

Важно отметить, что в дереве, между  верхними и нижними объектами, задано отношение «один ко многим» (т.е. одному факультету соответствует много групп, группе – много студентов). Недостатком деревьев, в отличие от других структур данных, является усложненная организация поиска. Для того чтобы найти нужные данные, необходимо перемещаться с ветки на ветку до тех пор, пока не будет найден нужный листок.

Каждый узел в иерархической  схеме удобно описывать в виде таблиц, т. е. применять реляционную модель. Таким образом, базы данных можно описывать совокупностью нескольких моделей. 

Иерархической базой данных является  Каталог папок Windows, с которым можно работать, запустив Проводник. Верхний уровень занимает папка Рабочий стол. На втором уровне находятся папки Мой компьютер, Мои документы, Сетевое окружение и Корзина, которые являются потомками папки Рабочий стол, а между собой является близнецами. В свою очередь, папка Мой компьютерявляется предком по отношению к папкам третьего уровня -папкам дисков (Диск 3,5(А:), (С:), (D:), (Е:), (F:)) и системным папкам.

Классическим примером иерархической базы данных является база данных  Доменная система имен  подключенных к Интернету компьютеров. На верхнем уровне находится табличная база данных, содержащая перечень доменов верхнего уровня (всего 264 домена). Наиболее крупным доменом является домен net (около 48 миллионов серверов). На втором уровне находятся табличные базы данных, содержащие перечень доменов второго уровня для каждого домена первого уровня. На третьем уровне могут находиться табличные базы данных, содержащие перечень доменов третьего уровня для каждого домена второго уровня, и таблицы, содержащие IP-адреса компьютеров, находящихся в домене второго уровня 

База данных  Доменная система имен должна содержать записи обо всех компьютерах, подключенных к Интернету, то есть более 150 миллионов записей. Размещение такой огромной базы данных на одном компьютере сделало бы поиск информации очень медленным и неэффективным. Решение этой проблемы было найдено путем размещения отдельных составных частей базы данных на различных DNS-серверах. Таким образом, иерархическая база данных  Доменная система имен  является распределенной базой данных.

Известные иерархические СУБД:  Information Management System (IMS) фирмы IBM; Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation; реестр Windows.

1.6 Сетевая модель

Сетевой подход к организации  данных является расширением иерархического подхода. В иерархических структурах запись-потомок должна иметь в  точности одного предка; в сетевой  структуре данных у потомка может  иметься любое число предков. Сетевая модель представляет собой произвольный граф: каждый объект может быть связан с любым другим объектом. В сетевой модели принята свободная связь между элементами разных уровней.

Основные элементы сетевой  модели:

• элемент данных – минимальная информационная единица доступная пользователю;
• агрегат данных – именованная совокупность элементов данных внутри записи или другого агрегата, которую можно рассматривать как единое целое; агрегат данных может быть простым, если состоит только из элементов данных, и составным, если включает в свой состав другие агрегаты;
• запись – совокупность агрегатов или элементов данных, отражающих некоторую сущность предметной области;
• тип записей – это совокупность подобных записей; представляет некоторый класс реального мира;
• набор – именованная двухуровневая иерархическая структура, которая содержит запись владельца и запись (или записи) членов; наборы отражают связи «один ко многим» и «один к одному» между двумя типами записей.

Особенности построения сетевой  модели данных:

• база данных может состоять из произвольного количества записей и наборов различных типов;
• связь между двумя записями может выражаться произвольным количеством наборов;
• в любом наборе может быть только один владелец;
• тип записи может быть владельцем в одних типах наборов и членом в других типах наборов;
• тип записи может не входить ни в какой тип наборов;
• допускается добавление новой записи в качестве экземпляра владельца, если экземпляр-член отсутствует;
• при удалении записи-владельца удаляются соответствующие указатели на экземпляры-члены, но сами записи-члены не уничтожаются (сингулярный набор).

Сетевой базой данных фактически является Всемирная паутина глобальной компьютерной сети Интернет. Гиперссылки связывают между собой сотни миллионов документов в единую распределенную сетевую базу данных.

Типичным представителем систем, основанных на сетевой модели данных, является СУБД IDMS (Integrated Database Management System), разработанная компанией Cullinet Software, Inc. и изначально ориентированная  на использования на мейнфреймах  компании IBM. Архитектура системы  основана на предложениях Data Base Task Group (DBTG) организации CODASYL (COnference on DAta SYstems Languages), которая отвечала за определение  языка программирования COBOL. Отчет DBTG был опубликован в 1971 г., и вскоре после этого появилось несколько  систем, поддерживающих архитектуру CODASYL, среди которых присутствовала и  СУБД IDMS. В настоящее время IDMS принадлежит  компании Computer Associates.

2 Практическая часть

2.1 Постановка задачи

2.1.1 Цель решения задачи

Издательство ООО «ЮНИТИ-ДАНА»  реализует учебную экономическую  литературу в высшие учебные заведения  в соответствии с заключенными договорами на год. При закупке больших объемов литературы издательство делает соответствующую скидку.

В вузах на экономических  специальностях ежегодно обучается  различное количество студентов, но плановый новый набор и количество уже обучающихся студентов обычно известно заранее.  При недостаточном  количестве учебной литературы ожидается  снижается успеваемости. Поэтому  вузам необходимо ежегодно закупать новую литературу. Финансирование осуществляется в соответствии с количеством студентов и средней стоимостью учебной литературы.

Целью курсового проектирования является расчет планируемых затрат на приобретение литературы для студентов, обучающихся по экономическим специальностям, и сравнительный анализ затрат по вузам.

2.1.2 Условие задачи

Входной оперативной информацией для задачи служат данные о численности студентов экономических специальностей вузов. На основании сведений, поданных вузами, создается экранная форма, представленная на рисунке 2.1.

Численность студентов экономических  специальностей

Рис. 2.1 – Данные о численности студентов экономических специальностей по каждому вузу

Для решения задачи используются нормативно-справочные документы: справочник стоимостей литературы, содержащий следующие реквизиты: наименование вуза и средние стоимости по видам учебной литературы (рисунок 2.2), и справочник торговых скидок, содержащий процент торговой скидки по вузам (рисунок 2.3).

Средняя стоимость литературы на одного студента, руб

Рис. 2.2 – Структура документа «Справочник стоимостей литературы»

Процент торговой скидки по вузам

Рис. 2.3 – Структура документа «Справочник торговых скидок»

В результате следует рассчитать общую среднюю стоимость учебной литературы по каждому вузу на одного студента и стоимости приобретаемой учебной литературы с учетом количества студентов, обучающихся по экономическим специальностям, и издательской скидки по каждому вузу и по всем вузам в целом. Информация выдается в документах, представленных на рисунках 2.4 – 2.5.

Средняя стоимость литературы на одного студента, руб.

Рис. 2.4 – Расчет стоимости литературы на одного студента

Стоимость приобретаемой  экономической учебной литературы вузами

Рис. 2.5 – Расчет стоимости приобретаемой литературы

Кроме того информацию, необходимую  для анализа, представить в виде диаграмм.

В технологии необходимо использовать для организации ввода и контроля исходных данных межтабличные связи, а также для организации расчетов функции ВПР или ПРОСМОТР.

2.2 Компьютерная модель  решения задачи

2.2.1 Информационная модель  решения задачи

Информационная модель, отражающая взаимосвязь исходных и результирующих документов задачи, приведена на рисунке 2.6.

Рис. 2.6 – Информационная модель взаимосвязи результирующих и исходных данных

2.2.2 Аналитическая модель  решения задачи

Для получения документа  «Средняя стоимость литературы на одного студента» необходимо рассчитать показатель «общая стоимость литературы». Расчеты выполняются по формуле:

, где С_i – средняя стоимость i-ого вида учебной литературы на одного студента (учебники, учебные пособия, практикумы); S_j – общая средняя стоимость учебной литературы по  
j-ому вузу.