Теория экономических информационных систем Семантические модели данных

Семантические модели данных – средства представления структуры предметной области. Их задача отразить смысловые характеристики информации. На их основе строятся синтетические модели (реляционные, иерархические или сетевые). Семантические модели должны отвечать требованиям: обеспечить интегрированное представление о предметной области; используемый понятийный аппарат должен быть понятен специалисту предметной области и разработчику БД; модель должна содержать информацию, достаточную для дальнейшего проектирования ЭИС.

Конструкции естественного языка Для формализации модели данных используются лингвистические конструкции обеспечивающие семантическую полноту описания. Элементами высказывания являются атомарные факты. Атомарный объект – это любой объект, разложение которого в рамках данной предметной области не производится. Составные объекты – включают так или иначе организованные множества объектов. Информация о том, что объект обладает некоторыми свойствами или объекты взаимосвязаны, представляется в виде высказываний об объекте. Атомарный факт может быть представлен тремя компонентами: (X, Y, t) где X - множество объектов, Y – свойства или связи объектов, t – время.

Составные объекты Объекты могут быть построены как множество других объектов и атомарных фактов – составные объекты. Отношения между объектами можно разделить на два типа: обобщения – один объект определяется в виде множества других объектов агрегация – объект соотносится с именем действия, в котором может участвовать.

Модель «сущность-связь» Модель использует графическое представление всех компонентов, отражающая взаимосвязи между объектами («сущностями») в предметной области. Предметной областью называются элементы материальной систем, информация о которых хранится и обрабатывается в ЭИС. Для описания предметной области необходимы четыре понятия: объект – сущность; свойства объекта; взаимодействие объектов – связь; свойство взаимодействия. Базовые элементы: типы сущностей; типы связей. Обозначение сущностей и связей (отношений) зависит от принятой в данной модели нотации (модели Чена, Беркера и т.п.).

Основные понятия модели Сущность – представляет множество экземпляров реальных и абстрактных объектов, обладающих общими свойствами. Определение объекта выполняется через выделение его свойств. Связь (отношение) – связь между двумя и более сущностями. Взаимодействие определяется через факт участия нескольких объектов в каком-либо процессе. Независимая сущность – независимые данные, присутствующие в системе. Зависимая сущность – данные, зависящие от других сущностей.

Отображение модели в ЭИС В базе данных ЭИС создается по одному отношению для каждого объекта и для каждого взаимодействия. Для описания взаимодействия в отношение включаются идентифицирующие свойства соответствующих объектов.

Диаграммы модели «сущность - связь» Структура предметной области в модели «сущность-связь» изображается в форме диаграмм. Дуги на диаграмме соединяют тип сущности с типом связи. Допускаются следующие типы связей: n-арные – соединяющие несколько типов сущностей и одну связь; рекурсивные – соединяющие сущность и связь парными отношениями; несколько связей для одной и той же пары объектов.

Достоинства модели «сущность-связь» Представление предметной области на основе модели «сущность-связь» позволяет: однозначно разработать структуру многоуровневой сетевой базы данных; обеспечить однозначное понимание содержимого базы данных всеми пользователями (специалистами предметной области и разработчиками системы).

Недостатки модели «сущность-связь» Модель характеризуется недостатками: не включает графических средств для фиксации организационной структуры процессов управления и агрегации данных по уровням управления; правила формирования множества отношений в БД, принятые в модели, формирует слишком много отношений для объектов и связей и, как результат, диаграмма сущностей и связей становится громоздкой и необозримой для сложных систем.

Модель семантических сетей Семантические сети представляют собой ориентированные графы с помеченными дугами. Используются для представления структуры понятий и структуры событий описываемой предметной области. Аппарат семантических сетей является формализацией ассоциативных связей, используемых специалистами для получения новых фактов на основе накопленных данных. Построение семантической сети позволяет понять информацию, устранить противоречивые ситуации и недостаточность данных.

Структура семантической сети Семантические сети включают следующие категории вершин графа: понятия (объекты) – константы или параметры, определяющие физические или абстрактные объекты; события – отражают действия, происходящие в предметной области, и определяются указанием типа действия и роли объектов; свойства – используются для представления состояния или для изменения понятия или события; значения.

Структура семантической сети Сведения, отраженные в семантической сети, образуют сценарий. Данный сценарий включает в себя набор понятий, событий и причинно-следственных связей. Для создаваемой БД данная модель является шаблоном, которому должна соответствовать хранимая информация, для обеспечения осмысленности. В модели различают классы вершин: вершины, обозначающие экземпляры объектов вершины, представляющие классы объектов.

Структура семантической сети Различие между вершинами сети приводит к существованию трех типов дуг, соединяющих вершины в графе семантической сети: дуга, соединяющая два экземпляра, соответствует утверждению; дуга между классом и экземпляром показывает пример элемента класса; дуга, связывающая два класса, определяет бинарное отношение между классами.

Семантические отношения Совокупность семантических отношений можно разбить на следующие классы: лингвистические (глагольные и атрибутивные); теоретико-множественные (отношения подмножества, целого и частного и т.п.); логические (конъюнкция, дизъюнкция и т.п.); квантификационные (логические кванторы всеобщности, существования, числовые характеристики и т.п.). Обязательные отношения: Класс, к которому принадлежит понятие; Свойства, выделяющие данное понятие из всего класса; Примеры данного понятия.

Достоинства модели семантических сетей Описание объектов и событий производится на уровне, близком к естественному языку; Обеспечивается возможность сцепления различных фрагментов сети; В семантической сети возможные отношения между понятия и событиями образуют небольшое и хорошо формализованное множество; Для каждой операции над данными и знаниями можно выделить из всей модели некоторый участок, который обеспечивает необходимые в данном запросе смысловые характеристики.

Литература А.И. Мишенин. Теория экономических информационных систем.