CC BY
71
УДК 04.004
РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕСТОВОЙ МОДЕЛИ ОБУЧЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ БАЗ ДАННЫХ В МАТРИЧНОЙ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗЕ ДАННЫХ1
Микляев Иван Александрович, к.ф.-м. н., доцент, Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз) Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова, Россия, Северодвинск, [email protected]
Введение
В данной статье подробно описывается реализация тестовой модели обучения проектированию объектно-ориентированных баз данных, представленной в работе [1] и изображённой на рисунке 1 с помощью матричной универсальной объектно-реляционной базы данных (МУОРБД). Работа носит практический характер и призвана доказать зрелось МУОРБД и возможность её использования при реализации типовых приложений. Для демонстрации функционала будет реализована модель, представленная диаграммой классов UML [2], изображённая на рисунке 1.
Рис. 1. - Логическая объектно-ориентированная модель тестовой предметной области 1. Решение на основе МУОРБД
В матричной универсальной объектно-реляционной базе данных (МУОРБД) базовая реляционная модель неизменна, что следует из объявленной универсальности в названии [3,4,5].
Исходя из матричной структуры, которая соответствует пятимерному пространству [3,4], вытекает на сегодняшний день принцип минимизации субъективного разделения информации [6]. А оптимизация обработки информации достигается в том, что необходимо максимально задействовать математический аппарат адресной структуры и реляционной алгебры [7]. Для собственной СУБД МУОРБД этот инструментарий ещё больше расширен, максимально нацелен на матричную структуру [8].
1 Статья рекомендована к опубликованию в журнале "Информационные технологии"
83
Для реализации логической модели, представленной на рис.1, внутри МУОРБД нужно всего лишь три объекта, которые реально существуют: человек, компания и географический объект.
Руководство между индивидуумами реализовано через руководство отделом компании. При необходимости можно установить циклическую связь любого уровня и на сущность «Индивид».
Домены - это справочник значений, имеющий наименование и сокращение. Для доменов может быть определена зависимость, как между собой, так и от сущностей, которые их используют [9].
Рис. 2 - Схема реализации модели тестовой предметной области в МУОРБД
Отдельно требуются описать принципы организации связей между сущностями в МУОРБД (аналог ассоциаций в UML). В первую очередь необходимо отметить, что в отличие от реляционных БД в МУОРБД родной связью является «много ко многим» [4], а связи «один ко многим» и «один к одному» образуются установлением с одного из концов ограничения на уникальность. Также значительно расширен диапазон самих связей. Т.к. вместо первичного ключа используется адрес местоположения в пятимерном пространстве, то ссылка может иметь различный уровень: вся сущность (таблица), экземпляр сущности (строка, стандартная связь для реляционных БД), единица информации, элемент единицы информации. Для распределённых БД имеется возможность сделать ссылку на всю БД.
Например, на рис. 2 Индивид может относиться к отделу - связь на уровне экземпляра сущности, может быть руководителем - связь в обратную сторону, также на уровне экземпляра сущности, и относиться к конкретной единице штатного расписания, выполняя в конкретный момент соответствующие обязанности по определённой должности - связь на уровне единицы информации.
Характерная отличительная черта МУОРБД - это синтез метаинформации данных [10]. Основной смысл в одинаковом подходе, как к данным пользователя, так и к метаинформации, включающей всю информацию о структуре базы данных пользователя. Таким образом, имеем возможность наложить весь аппарат реляционной алгебры и объектно-ориентированного подхода на саму метаинформацию. На рис. 2, например, в
84
сущности «Отдел компании» для полей «Ставка», «Оклад», «Экспериментальный период», «Требуемая научная степень» и «Требуемое научное звание» установлено ограничение на использование, только после указания «Должности» и в подчинение к соответствующему элементу единицы информации. Для сущности «Отдел Индивид» для поля «Ставка» установлено ограничение на использование, только после указания «Текущая зан. должн.» и в подчинение к соответствующему элементу единицы информации, который определяется из списка должностей, конкретного «Отдела компании».
2. Наследование в МУОРБД
Объектно-ориентированные свойства более подробно рассмотрены в [3] и [9].
Демонстрация объектно-ориентированных свойств на модели тестовой предметной области представлена на рис.3. Создана сущность «Worker», которая наследует все поля сущности «Индивид». Для этого в параметрах сущности «Worker» добавлена единица информации «Имеет характеристики сущности» со значением-ссылкой на сущность «Индивид».
Таблицы
[Наименование
Параметр пользователя Индивид
Географический объект Отдел компании
Worker
ifel
Таб.форма 1 Параметры
Наименов анне [Worker]
El Имеет характеристики сущимс ти[1 Гндивид]
В1
В-2
Допустимая характеристика^амплпя]
Вз
Допустимая характеристик а [Имя]
Н 4
Д опус тимая хар ак т ернс тик а [ О тч е с тв о ]
В 5
Допустимая характеристика! Дат а рождения]
И 6
Д опус тимая хар ак т ернс тик а [Г е огр а фпч е скип объект]
3
Допус тимая хар акт ернс тик а [Должно с ть ]
4
Допустимая характеристика[Отдел компании]
2J
Рис. 3 - Организация наследования
В результате при внесении и отображении информации сущности «Worker» доступны все поля базовой сущности «Индивид» рис. 4.
Таким образом, естественно механизм наследования может иметь глубину до любого уровня. В базе данных для этого всё уже сделано, необходимо лишь учёт его в приложении рис. 5.
При внесении информации параметр ссылается уже на сущность, где атрибут был инициализирован. Что обеспечивает структурную безопасность информации от цепочки связей наследования. Наследование работает на уровне первичного описания сущности и при добавлении новой информации.
85
Рис. 4 - Добавление новой записи и отображение уже имеющейся в сущности «Worker», унаследовавшей поля от сущности «Индивид»
Рис. 5 - Множественное последовательное наследование в МУОРБД
После внесения информации её безопасность передаётся в механизм целостности ссылок, а редактирование при изменении цепочки наследования устанавливается в дополнительные параметры каскадной обработки зависимой от наследования информации пользователя.
Количество параллельных родительских сущностей также не ограничено и объявляется и обрабатывается совершенно аналогично, как и для одного родителя.
3. Агрегация в МУОРБД
86
Для добавления поля, обладающего набором характеристик другой сущности в МУОРБД необходимо создать новое поле (мы называем более обще «Допустимая характеристика») и приписать ему параметр «Имеет характеристики сущности» со значением-ссылкой на другую сущность. На рис.6 у сущности «Worker» создана «Допустимая характеристика» «Человек» и к этой записи добавлен параметр «Имеет характеристики сущности» со значением-ссылкой на сущность «Индивид».
_____________________Таблицы_____________________
Наименование I
Параметр пользователя
Индивид
Географический объект
Отдел компании___________________________________
Worker
^TaejjogMaJ_____Параметры
Наименование [Worker]
В Допустимая характернстика[Человек]
Ш-1
а-2
Допустимая харяктеристнка[Фамплия]
Заголовок(в табл.форме)
ё-з
; Допустимая л ар як 1 epm тик а [Имя ]
Заголовок(в 1абл.форме)
а-4 ф-5
; 1 Допустимая характеристика[Дата рождения]
а-б
Допустимая характеристика[Географический объек Допустимая характерпстнка[Отдел компании]
Допустимая характерпстика[Должность]
Рис. 6 - Описание поля объектного типа в МУОРБД
В результате оперирование информацией в сущности «Worker» в поле объектного типа производится для каждого значения в отдельности, но при указании базовой характеристики рис.7.
Таблица
Worker
Данные таблицы | Иерархия]
г Фильтр II
г
:&Человек->Фамилия:Иванов8::8:Человек->Имя:Иван&::&:Человек-> Отчество:Иванович8::8:Ч
Новая отрока таблицы
N: iVn 2
Ч еловеюФ амилия Сидоров
ЧеловеюИмя Сидор
ЧеловеюОтчество Си
Человека Дата рождения
ЧеловеюГеографический объект
Отдел компании
±!Э
>
Внести в справочник значений
X Отменить
^ Сохранить
Характеристики j ПОЛНЫЙ Фильтр |
Таб.форма 1 Параметры
Человек->Фамилия Иванов:Человек->Имя:Иван:Человек->От'
| Параметр | Значение | Дата с | Дата по|
Ч еловек-> Фамилия Иванов
ЧеловеюИмя Иван 1
Ч еловеЮ Отчество Иванович I
Человек-? Дата рождения 06.08.1888
Должность Заведующий кафедрой
Л](М1
|Ноеая ОТДЕЛЬНАЯ характеристика -1
|Изменить
X Удалить!
Рис. 7 - Добавление и отображение информации экземпляров сущностей с полями объектного типа
4. Объектно-ориентированные среды программирования
87
Как можно видеть, представление и работа с информацией в МУОРБД очень схожа с представлением и работой с объектами в объектно-ориентированных средах программирования: Delphi, Visual Studio, Visual Basic и др. Именно там с 1990 года отработан механизм работы с информацией в объектной форме, важным является самое широкое распространение и полная универсальность для задач любой предметной области. Не хватает лишь перехода от контекстного описания к строго структурированной форме, как в базах данных. Это и была первостепенной задачей при разработке МУОРБД, где весь функционал объектно-ориентированного подхода был реализован и представление агрегированных параметров (рис. 7) является аналогичным синтаксическому представлению объекта и его свойств на языке C.
5. Наследование на уровне данных пользователя
Как следствие синтеза метаинформации и данных пользователя, была обнаружена возможность наследования не только в абстрактной зоне описания сущностей, но и в области данных пользователя.
Исходя из определения баз данных и их главного объекта предназначения -информации, можно описание сущностей самой базы данных пользователя отнести к такой же информации, как и информация его предметной области. Поэтому вполне логичным является и апробировать инструментарий объектно-ориентированного подхода, нацеленного на наложение логических связей единиц информации, аналогичных представлению информации в реальном мире, на данные пользователя.
Исследуя информацию при регистрации физических экспериментов, видим, что условия экспериментов очень схожи между собой, но отличаются хотя бы на одно значение, при этом нет ни одного эксперимента с абсолютно одинаковым составом условий. Таким образом, при регистрации их в таблице имеется большой объём дублируемой информации.
В МУОРБД реализована система наследования характеристик экземпляров (строк) сущности (таблицы). В этом случае характеристики нового экземпляра (строки) точно совпадают с характеристиками экземпляра (строки), у которого он их наследует. На физическом уровне сохраняется лишь отметка о наследовании с параметром «Имеет значения экземпляра сущности» и значением-ссылкой на родительский экземпляр.
Впоследствии есть возможность добавить, изменить или удалить характеристики этого экземпляра, в этом случае сохраняются все эти изменения и они являются собственностью только этого экземпляра (строк).
Для создания нового экземпляра (строки) таблицы на основе уже существующего необходимо:
600 78 10
600 28 10
650 8 10
650 4 10
650 8 5
Рис. 8 - Добавление нового экземпляра сущности, наследующего значения уже существующего
Выводы
Объектно-ориентированные свойства структуры объектно-ориентированных баз данных имеет несколько другой смысл, в отличие от объектно-ориентированных сред программирования и других форм реализации представления объектов реального мира в виртуальном. Так как во втором случае главной целью является полная идентичность отображения объекта, его свойств и поведения, а в случае баз данных мы имеем дело не с самими объектами, а с информацией о них. Базы данных являются лишь информационной
88
основой для реализации представления объектов в виртуальном мире. Исходя из этапов разработки программного обеспечения, построение логической, а затем физической моделей баз данных происходит сразу после изучения и анализа предметной области, и лишь на последующих этапах разрабатывается интерфейс реализации самих объектов в программном продукте, где на основе, заложенной в базе данных информации, моделируется представление и поведение объектов.
Таким образом, инструментарий объектно-ориентированного подхода в базах данных, с одной стороны, сужен, так, например, действие не воспроизводится, а состоит в описании алгоритма, по которому оно происходит. С другой стороны возможности расширены, т.к. стирается граница между абстрактной и реальной информацией, т.к. и та, и другая являются объектом предназначения баз данных.
Литература
1. Олейник П.П. Тестовая модель для обучения проектированию объектно-ориентированных баз данных // Объектные системы - 2014: материалы VIII Международной научно-практической конференции (Ростов-на-Дону, 10-12 мая 2014 г.) / Под общ. ред. П.П. Олейника. - Ростов-на-Дону: ШИ (ф) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, 2014. - С. 86-89.
2. Новиков Ф.А., Иванов Д.Ю. Моделирование на UML. Теория, практика, видеокурс. - СПб.: Профессиональная литература, Наука и Техника, 2010. - 640 с.: ил. + цв. Вклейки (+ 2 DVD).
3. Микляев И.А., Матричная универсальная объектно-реляционная база данных, Материалы I Международной научно-практической конференции «Объектные системы - 2010», Россия, Ростов-на-Дону, 10-12 мая 2010г, стр. 34-39.
4. Микляев И.А., Концепция разработки матричной универсальной базы данных с поддержкой древовидной структуры единицы информации и её универсального приложения // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2010. № 2., Воронеж, С. 101-108
5. Микляев И.А. Р Матричная универсальная объектно-реляционная база данных на реляционной платформе: монография/ Сев.(Арктич.) федер. Ун-т им. М.В. Ломоносова. - Архангельск: ИД САФУ, 2014. -226 с.
6. Микляев И.А., Черткова О.В. Синергетическое информационное пространство МУОРБД, Материалы V Международной научно-практической конференции «Объектные системы -2011(Зимняя сессия)», Россия, Ростов-на-Дону, 10-12 декабря 2011г, стр. 67-72.
7. Микляев И.А., Черткова О.В. Инструментарий оптимизации работы системы управления объектно-реляционной базы данных, Материалы V Международной научно-практической конференции «Объектные системы - 2011(Зимняя сессия)», Россия, Ростов-на-Дону, 10-12 декабря 2011г, стр. 67-72.
8. Микляев И.А., Свидетельство ОФЕРНиО №15405 (Объединённого фонда электронных ресурсов «Наука и образование») "Универсальный тип данных баз данных", 2010
9. Микляев И.А., Свидетельство ОФЕРНиО № 14246 (Объединённого фонда электронных ресурсов «Наука и образование») " Универсальное приложение для матричной универсальной объектно-реляционной базы данных", 2010
10. Жирнова М.А., Микляев И.А., Синтезирование метаинформации и данных Сборник докладов по материалам научно-практической конференции в рамках XLII Ломоносовских чтений / секция «Информационные системы и технологии в экономике и управлении» /Сборник докладов. - федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» филиал в г. Северодвинске Архангельской области институт судостроения и морской арктической техники, 2013. - с., стр. 38-43.
89
