Модели данных

Концептуальная модель - это модель предметной области. Компонентами модели являются объекты и взаимосвязи. Концептуальная модель служит средством общения между различными пользователями и поэтому разрабатывается без учета особенностей физического представления данных. При проектировании концептуальной модели все усилия разработчика должны быть направлены в основном на структуризацию данных и выявление взаимосвязей между ними без рассмотрения особенностей реализации и вопросов эффективности обработки. Проектирование концептуальной модели основано на основе анализа решаемых на этом предприятии задач по обработке данных. Концептуальная модель включает описания объектов и их взаимосвязей, представляющих интерес в рассматриваемой предметной области. Взаимосвязи между объектами являются частью концептуальной модели и должны отображаться в базе данных. Взаимосвязь может охватывать любое число объектов. С другой стороны, каждый объект может участвовать в любом числе связей. Наряду с этим существуют взаимосвязи между атрибутами объекта. Различают взаимосвязи типа:

- "один к одному",

- "один ко многим",

- "многие ко многим".

Взаимосвязь «один к одному» означает, что каждой записи в одном объекте может соответствовать только одна запись в другом объекте и обозначается одинарными стрелками между объектами.

Взаимосвязь «один ко многим» свидетельствует о том, что одной записи в одном объекте может соответствовать несколько записей в другом объекте и обозначается с помощью одинарной стрелки в одном направлении и двойной стрелки в другом направлении.

Взаимосвязь «многие ко многим» свидетельствует о том, что одной записи в одном объекте может соответствовать несколько записей в другом объекте и наоборот, обозначается такая связь с помощью двойной стрелки в одном направлении и двойной стрелки в другом направлении.

С помощью концептуальной зависимости или типа связи определяется понятие ключа отношения или разновидности ключей. Вероятным ключом отношения Первичным ключом отношения (ключом) называется такой вероятный ключ, значение которого является уникальным для каждой записи отношения. Первичный ключ служит идентификатором данных, хранящихся в объекте (отношении). называется такое множество атрибутов К, что каждое сочетание их значений встречается только в одной строке и никакое подмножество К этим свойством не обладает. Систематическая проверка свойств вероятного ключа отношений позволяет следить за достоверностью информации. Для облегчения контроля в каждом отношении выбирается один ключ в качестве основного.

Концептуальная модель преобразуется в логическую модель, которая обеспечивается конкретной СУБД.

Определение модели данных предусматривает указание множества допустимых информационных конструкций, операций над данными и множества ограничений для хранимых значений данных.

Принципиальными различиями обладают три модели данных:

- реляционная,

- иерархическая,

- сетевая.

Существующие СУБД обеспечивают реализацию возможностей этих моделей данных с теми или иными ограничениями и уточнениями. Организация данных в ЭИС рассматривается с позиций той или иной модели данных.

Итак, логическая модель может быть либо реляционной, либо иерархической, либо сетевой. Выбор СУБД происходит после разработки концептуальной модели предметной области. Основное различие между указанными тремя типами моделей данных состоит в способах представления взаимосвязей между объектами.

Во всех примерах будет использоваться предметная область «Госпиталь». В рассматриваемой системе госпиталя определенное число пациентов находится на лечении. Если пациент поступает в госпиталь впервые, то на него заводится карточка для первичной регистрации. Если же пациент обращается повторно, в его историю болезни вносятся дополнения. Вне зависимости от того, сколько раз пациент обращался в госпиталь, он имеет уникальный идентификационный номер. Информация о каждом пациенте включает имя, регистрационный номер пациента и его домашний адрес. Таким образом, атрибутами объекта ПАЦИЕНТ являются «номер пациента», «имя пациента», «адрес пациента». Следующий объект - ХИРУРГ. Этот объект имеет следующие атрибуты - «номер лицензии хирурга», «имя хирурга». Предположим, что в госпитале проводятся только хирургические операции, назначается лечение и препараты. Таким образом, элементами данных или атрибутами являются: «номер пациента», «имя пациента», «адрес пациента», «номер лицензии хирурга», «имя хирурга», «дата операции», «операция», «препарат, назначенный после лечения», «побочный эффект».

В любой модели данных для представления объектов и их взаимосвязей необходимо некоторым образом сгруппировать элементы данных. Процесс нормализации состоит в группировке элементов данных в ряде отношений. Приведение отношений к первой, второй и третьей нормальной форме последовательно устраняет проблемы включения, удаления и модификации записей соответствующей базы данных. Ненормализованное отношение выглядит как в таб.1.

Таблица 1 - Ненормализованное отношение

Номер пациента	Номер лицензии хирурга	Дата операции	Имя пациента	Домашний адрес	Имя хирурга	Операция	Препарат, назначенный после операции	Побочный эффект
		12.09.98 23.10.00	Иванов	г.Владивосток	Петров Сидоров	Удаление желчного пузыря Удаление катаркты	Пенициллин Тетрациклин	Сыпь
		24.09.99	Николаев	г.Уссурийск	Петров	Удаление желчного пузяря	Пенициллин

Представленное отношение является ненормализованным, поскольку на пересечении строк и столбцов существует группа значений, что недопустимо. Для нормализации необходимо продублировать значения атрибутов «номер пациента», «имя пациента», «домашний адрес» из ПАЦИЕНТА, и «номер лицензии хирурга», «имя хирурга» из ХИРУРГА. Такое отношение будет находиться в первой нормальной форме. Если значения, которые принимают атрибуты «номер пациента», «номер лицензии хирурга» и «дата операции» известны, то можно узнать значения остальных атрибутов. Перечисленные атрибуты можно назвать ключевыми. Все неключевые атрибуты находятся в функциональной зависимости от первичного ключа. Следовательно, значения первичного ключа однозначно определяют значения неключевых атрибутов (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 Графическое представление первой нормальной формы отношения

Проблема включения:

- если вновь поступающий пациент никогда не подвергался операциям, его нельзя включить в базу данных;

- при поступлении в госпиталь нового хирурга, не сделавшего ни одной операции, данные о нем нельзя включить в базу данных.

Для устранения этих проблем отношение приводится ко второй нормальной форме, в котором создаются три отношения: ПАЦИЕНТ, ХИРУРГ, ОПЕРАЦИЯ. Всякое отношение во второй нормальной форме одновременно является отношением в первой нормальной форме.

Проблема:

- если препарат не назначен ни одному пациенту, сведения о побочном эффекте ввести невозможно.

Поэтому создается новое отношение ПРЕПАРАТ. Таким образом, в третьей нормальной форме присутствуют четыре отношения - ПАЦИЕНТ, ХИРУРГ, ПРЕПАРАТ, ОПЕРАЦИЯ, ПАЦИЕНТ-и-ХИРУРГ.

Важно отметить, что преобразование отношения из первой нормальной формы в третью не приводит к потере данных.

Графическое отображение концептуальной модели представляется на рис.3.2.

Рисунок 3.2. Концептуальная модель данных