Информационные системы

Министерство образования Украины

Донбасская Государственная Машиностроительная Академия

Контрольная работа

по дисциплине «Информационные системы»

2008 г.

1.         Стратегии разработки административных информационных систем

Административные информационные системы (АИС) создаются для совершения управления и обеспечивают неразрывную связь между информацией и управлением. Создание АИС – сложная проблема. Даже для мелких организаций оно предполагает разработку ряда подсистем, которые должны соответствовать принципам интеграции и управляемости.

Существенное влияние на разрабатываемую информационную модель оказывает стратегия (или система взглядов) относительно организации системы. На практике применяют различные сочетания типовых стратегий или подходов

Общесистемный подход.

Общесистемный подход основывается на предположении, что еще до реализации системы мы некоторым обоснованным способом можем распознать взаимосвязи между частями ее базовой информации. Процессы сбора, хранения и обработки данных проектируются и реализуются в рамках всей системы в целом. Хотя этот подход является идеальным, его применение в полном объеме может оказаться весьма трудным из-за практических, политических, социальных проблем. При уже существующей системе проектирование идеальной системы может стать просто академическим упражнением, так как ее реализация вызовет радикальные преобразования. В самом деле, слепое, без определенной технологии, использование проектировщиками этого подхода может привести к крушению иллюзий, что и случается во многих сегодняшних вычислительных системах. Однако в организациях, которые еще не имеют разработанных систем, действующих и считающихся удовлетворительными, рассматриваемый подход может быть успешно применен. Он является идеализированным и не может в полном объеме применяться в реальной организации.

Как можно было увидеть при рассмотрении шести подходов, стратегия выбора подхода должна формироваться с учетом особенностей конкретной системы. Следует принимать в расчет такие факторы, как размер организации, природа ее деловых операций и опыт. Существенно, что выбор стратегии должен быть произведен после тщательной оценки степени риска и преимуществ возможных подходов.

2. Нормализация и нормальные формы при разработке баз данных

Центральная задача проектирования базы данных ЭИС -определение количества отношений (или иных составных единиц информации) и их атрибутного состава.

Задача группировки атрибутов в отношения, набор которых заранее не фиксирован, допускает множество различных вариантов решений. Рациональные варианты группировки должны учитывать следующие требования:

•  множество отношений должно обеспечивать минимальную избыточность представления информации,

•  корректировка отношений не должна приводить к двусмысленности или потере информации,

•  перестройка набора отношений при добавлении в базуданных новых атрибутов должна быть минимальной.

Нормализация представляет собой один из наиболее изученных способов преобразования отношений, позволяющих улучшить характеристики БД по перечисленным критериям.

Ограничения на значения, хранимые в реляционной базе данных, достаточно многочисленны. Соблюдение этих ограничений в конкретных отношениях связано с наличием так называемых нормальных форм. Процесс преобразования отношений базы данных к той или иной нормальной форме называется нормализацией отношений. Нормальные формы нумеруются последовательно от 1 по возрастанию, и чем больше номер нормальной формы, тем больше ограничений на хранимые значения должно соблюдаться в соответствующем отношении.

Ограничения, типичные для реляционной модели данных, -это функциональные и многозначные зависимости, а также их обобщения. В принципе, множество дополнительных ограничений может расти и соответственно будет увеличиваться число нормальных форм. Применяемые ограничения ориентированы на сокращение избыточной информации в реляционной базе данных.

Отношение в первой нормальной форме (сокращенно 1НФ) - это обычное отношение с двухуровневой структурой. Недопустимость в структуре отношения третьего и последующих уровней является ограничением, определяющим 1НФ отношения.

Преобразование ненормализованного отношения в представление, соответствующее 1 НФ, - это операция нормализации, рассмотренная выше. Следует отметить определенное терминологическое несоответствие - нормализация СЕЙ при-"водит к 1НФ, а нормализация отношений реляционной БД обычно производится до ЗНФ или 4НФ.

Реляционная база данных в целом характеризуется 1НФ, если все ее отношения соответствуют 1НФ.

Следующие нормальные формы" (вторая и третья) используют ограничения, связанные с понятием функциональной зависимости, которое необходимо предварительно рассмотреть.

Функциональные зависимости и ключи

Функциональные зависимости определяются для атрибутов, находящихся в одном и том же отношении, удовлетворяющем 1НФ.

Простейший случай функциональной зависимости охватывает 2 атрибута. В отношении R(A,B,...) атрибут А функционально определяет атрибут В, если в любой момент времени каждому значению А соответствует единственное значение В (обозначается А -> В).

Иначе говорят, что В функционально зависит от А (обозначается В = f(A)). Первое обозначение оказывается более удобным, когда число функциональных зависимостей растет и их взаимосвязи становятся труднообозримыми; оно и будет использоваться в дальнейшем. Отсутствие функциональной зависимости обозначается А —/-> В.

Можно определить ситуацию А —> В с помощью операции "образ", сказав что множество in B(а) должно содержать один элемент для любого значения а атрибута А.

Рассмотрим несколько примеров:

Пример №1.Фамилия студента, группа. Показывает зависимость А -> В (или В -> А), но не обе зависимости вместе

R1
ФИО	ГР
Иванов Зуев Смирнов Яшина	1960  1963 1960  1961

Пример №2 Магазин и расчетный счет. Наличие взаимно- однозначного соответствия А <-> В.

R2
Магазин	Расч
ММЗ	704098
Динамо АТЭ	122095 440162

Пример №3 Студент, Дисциплина. Отсутствие функциональной зависимости.

R3
ФИО	Дисциплина
Петров Федин Алешин Петров	Физика Химия Физика Химия

Понятие функциональной зависимости распространяется на ситуацию с тремя и более атрибутами в следующей форме. Группа атрибутов (для определенности А,В,С) функционально определяет атрибут D в отношении T(A,B,C,D,....), если каждому сочетанию значений <a,b,c> соответствует единственное значение d (а - значение A, b - значение В, с - значение С, d - значение D). Наличие такой функциональной зависимости будем обозначать А,В,С —> D. Случай, когда в правой части функциональной зависимости присутствует несколько атрибутов, не нуждается в специальном рассмотрении. Взаимно-однозначные соответствия для трех и более атрибутов также не имеют самостоятельного значения.

Невнимание к способам кодирования атрибутов может привести к несоответствию функциональных зависимостей и хранящихся данных, что является серьезной проектной ошибкой.

С помощью функциональных зависимостей определяется понятие ключа отношения, точнее ряд разновидностей ключей - вероятные, первичные и вторичные.

Вероятным ключом отношения называется такое множество атрибутов, что каждое сочетание их значений встречается только в одной строке отношения, и никакое подмножество атрибутов этим свойством не обладает. Вероятных ключей в отношении может быть несколько.

Важность вероятных ключей при обработке данных определяется тем, что выборка по известному значению вероятного ключа дает в результате одну строку отношения либо ни одной.

На практике атрибуты вероятного ключа отношения связываются со свойствами тех объектов и событий, информация о которых хранится в отношении. Если в результате корректировки отношения изменились имена атрибутов, образующих ключ, то это свидетельствует о серьезном искажении информации. Следовательно, систематическая проверка свойств вероятного ключа позволяет следить за достоверностью информации в отношении.

Когда в отношении присутствует несколько вероятных ключей, одновременное слежение за ними очень затруднено и целесообразно выбрать один из них в качестве основного (первичного).

Первичным ключом отношения называется такой вероятный ключ, по значениям которого производится контроль достоверности информации в отношении.

Применительно к экономической информации в подавляющем большинстве случаев отношения, полученные из существующих экономических документов, содержат единственный вероятный ключ, который является и первичным ключом. Это объясняется тем, что содержимое экономических документов понимается всеми пользователями одинаково. Далее будем иметь в виду только такие отношения. Наличие двух и более вероятных ключей в отношениях с осмысленной информацией можно объяснить наличием нескольких возможных способов интерпретации одних и те х же данных. Первичный ключ часто называется просто ключ.

Каждое значение первичного ключа встречается только в одной строке отношения. Значение любого атрибута в этой строке также единственное. Если через К обозначить атрибуты первичного ключа в отношении (А,В,С,...,J), то справедливы следующие функциональные зависимости К -> А, К -> В, К -> С,..., К -> J. Набор атрибутов первичного ключа функционально определяет любой атрибут о> ношения. Обратное также верно: если найдена группа атрибутов, которая функционально определяет все атрибуты отношение по отдельности, и эту группу нельзя сократить, то найден первичный ключ отношения.

Для множества функциональных зависимостей существует ряд закономерностей, которые выражаются теоремами. Знание теорем позволяет из исходного множества функциональных зависимостей получать производные зависимости.

Отметим ряд известных теорем о функциональных зависимостях. Атрибуты, фигурирующие в каждой теореме, должны находиться в одном и том же отношении.

Теорема 1

А,В -* А и А,В -> В.

Доказательство основано на том, что в строке <а,Ь> для атрибутов А и В значение а (как и значение Ь) присутствует один раз.

Теорема 2

А -> В и А ->С тогда и только тогда, когда А -> ВС.

Рассмотрим произвольное значение а атрибута А. Если А ->В и А -* С, то im В(а) и im C(a) содержат по одному элементу. Предположим, что зависимость А -> ВС неверна и ini ВС(а) состоит из 2 иди более элементов. Тогда либо im B(a), либо im C(a) должны содержать более одного элемента. Полученное противоречие доказывает зависимость А -> ВС.

Обратно, если А -> ВС, то im BC(a) содержит один элемент вида <Ь,с> для любого а. Зафиксируем некоторое значение al. Значение b (как и значение с) встречается в сочетании с д! только один раз, следовательно, справедливо А -> В и А ->С.

Теорема 3

Если А ->" В и В ->С, то А -> С.

Предположим, что зависимость А -> С неверна и множество im С(а) содержит более одного элемента. Каждому значению а соответствует единственное значение b (в силу А -> В), поэтому im C(b) содержит более одного элемента. Получилось противоречие с условием В -> С, что и доказывает теорему.

Примечательно, что доказательства остальных теорем опираются на первые 3 теоремы, а не доказываются от противного.

Теорема 4

Если А—» В, то АС -> В (С произвольно).

Доказательство

АС —> А (теорема 1), А -> В (условие), следовательно, АС -> В по теореме 3.

Теорема 5

Если А -> В, то АС -> ВС (С произвольно).

Доказательство

АС —» В (теорема 4), АС —» С (теорема 1), следовательно, АС->ВС по теореме 2.

Теорема 6

Если А ->В и ВС ->D, то АС -* D.

Доказательство

Из А -> В следует АС -> ВС (теорема 5). ВС -> D (условие), поэтому АС—> D по теореме 3.

Вторая и третья нормальные формы отношений

Отношение имеет вторую нормальную форму (2НФ), если оно соответствует 1НФ и не содержит неполных функциональных зависимостей.

Неполная функциональная зависимость - это две зависимости:

·          вероятный ключ отношения функционально определяет некоторый неключевой атрибут,

·          часть вероятного ключа функционально определяет этот же неключевой атрибут.

Отношение, не соответствующее 2НФ, характеризуется избыточностью хранимых данных.

Например:

Т4
Магазин	Изделие	Цена	План_1999_г.
Салют	М22	50	200
Салют	К14	40	100
АТЭ	М22	50	300
АТЭ	Т62	60	100

Функциональные зависимости отношения Т4:

Избыточность иллюстрируется тем фактом, что цена изделия указывается столько раз, сколько магазинов продают это изделие (изделие М22 в Т4). Переход к 2НФ и соответственно устранение отмеченной избыточности данных связано с созданием двух отношений вместо исходного отношения Т4.

Т41
Магазин	Изделие	План_1999_г.
Салют Салют АТЭ АТЭ	М22 К14 М22 Т62	200 100 300 100

Т42
Изделие	Цена
М22 К14 Т62	50  40  60

Отношение соответствует ЗНФ, если оно соответствует 2НФ и среди его атрибутов отсутствуют транзитивные функциональные зависимости (ФЗ).

Алгоритм получения отношений в ЗНФ обладает следующими свойствами:

·          сохраняет все первоначальные функциональные зависимости, т.е. зависимость, справедливая в R, справедлива и в одном из производных отношений. Это гарантирует получение осмысленных отношений с легко интерпретируемой структурой;

·          обеспечивает соединение без потерь, т.е. значения исходного отношения R могут быть восстановлены из проекций отношения R с помощью операции соединения;

·          результат декомпозиции в ЗНФ обычно содержит меньше значений атрибутов, чем исходное отношение R (происходит уменьшение избыточности).