автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методика оптимального построения информационных баз данных для агропромышленных комплексов

АКЛДЕШ ЙШ РЕСПУЕШШ УЗБЕКИСТАН НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЬЩНЕШЕ "КИБЕРНЕТИКА"

На правах рукописи

ХАГДАРОЗА Сапияхои

УЖ 631.15/16:007.5

■>ЕТ0Д1гА ОШИ.ШЬНОГО ПОСТРОЕНА ИНМРЛАЦЮККЫХ БАЗ ДАНШХ ДНЯ АГРШР0.4ИПЛЕНШХ ЛШШСОЗ

Специальность 05.13.06 - Автоматизированные

системы управления

Автореферат

диссертации на соискание учено*! степени кандидата технических наук

Ташкент - 1204

Работа выполнена в Институте кибернетики НПСЛиберне тика " All Республики Узбекистан.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор ШМАТОВ Х.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор АХМЕДОВ Д.Н.

кандидат технических наук, доцент БЕРДЫЕРОВ Д.Т.

Ведущее предприятие - Институт проблем информатики • и управления Академии наук Республики Казахстан

Запита состоится " " uuiimt/i 1994 г. вJ± часов на заседании специалиэировандого совета Д 015.12.21 в ШОяКибернетика" АН Республики Узбекистан по адресу: 700143, г.Ташкент,ул.Ф.Ходжаева, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института кибернетики НПСлибернетика" АН Республики Узбекист;

Автореферат разослан X^S^i/kli^l^^ г.

Ученый секретарь спехиализированного совета, доктор технических наук, профессор - ■/-у /'' '

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее-время агропромышленный комплекс (АПК) республики располагает большим научно-техническим потенциалом информационно-вичислителыюго обслукивания. Однако, как показал опит эксплуатации созданных АСУ, их эффективность оказалась нине расчетной и в результате вложенные средства окупаются медленнее, чем ожидалось. Это обусловлено наличием многих причин, главными из которых являются отсутствие .экономических критериев и. методов оценки эффективности применения вычислительной техники, а также методики построения банка данных для АПК.

Функционирование АПК связано с накоплением, хранением и обработкой больших объемов информации, что требует построения специализированных банков данных и вычислительных сетей.

Имеется каровой опыт по созданию локальных вычислительных сетей на базе дешевых персональных ЭВМ для нужд АПК. Построить информационную сеть АПК можно различными способами. Пси этом основное внимание уделяется определению технико-экономических показателей абонентской сети АПК. Эти характеристики необходимо определять при выполнении условия получения максимума экономического эффекта от ее применения. А это требует разработки алгоритмов оптимального.построения сети АПК, что показывает актуальность настоящего диссертационного исследования.

Целью работы является разработку методики организации и построения кн^оршщкониой базы данных (ИБД) и обдей схемы анализа этагностк построения сети АПК.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- формализовать постановку задачи оптимального построения Л1_Д для ЛГИ;

- разработать методику организации ¿1ЬД длл АГЬС;

- разработать методику построения /ШД районного уропня АЛЛ;

- разработать мзтодияу алгоритма оптимизации этапов создания ЗС XII по критерии эффективности.

- разработка дерева целей создания инТормационно-вычис-лителышх сетей (ИБС).

Методы исследования. Для.достижения поставленной цели были использованы метода:

- математического моделирования, поисковой оптимизации и динамического программирования ;

- теории вероятностей и математической статистики, теории реляционной базы данных.

'Научная новизна. Разработаны алгоритг,а1, позволяющие осуществить выбор оптимальной структуры БД, алгоритм оптимизации этапов построения абонентской сети А1К, дерево целей создания ИВС, реализация которого обеспечит введение в строй конкретной локальной сети. Решена задача- проектирования реляционной схемы БД для производства хлопка, в результате чего получена рациональная схема Щ с минимальным числом отноиешй в третьей нормальной' форме.

Практическая ценность. Диссертационная работа выполнена е соответствии с планом научно-исследовательских работ лаборатории "Информационные системы" Ж Ш1С "Кибернетика" Академии наук Республики Узбекистан по темам "Разработка теоретических и методологических основ оптимизации С11Д в АСУ и "Разработка научно-методологичесгих основ построения и эксплуатации информационно-вычислительных сетей с использованием адаптационных фрагментов".

Вывода и рекомендации, содержащиеся в диссертации, могут, быть использованы при проектировании и построении БД для АПК .районного уровня, а также в разработке документов для управления всем комплексом работ, необходимых для создания локальных сетей АПК. С помощью алгоритмов определения функциональных зависимостей основных параметров, характеризующих объективность функционирования БД, достигается значительное уменьшение временных и экономических затрат при в;;бсре оптимальной структуры БД. Алгоритмы оптимизации этапов построения абонентской сети позволяют получить значительный экономический эффект от ее применения.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены-в Андижанском филиала РПН ЛСл РУз, с обоим ожидаемым экономическим эффектом ^СО тыс.руб. в год( в ценах 1291 г.),что подтверждается справкой.

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались и сбсуядались на Республиканской конференции "Современные проблемы алгоритмизации" (г.Ташкент, 1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Структура.и объем работа. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 78 наименований и приложении, изложенных на страницах машинописного текста и содержащих 34 рисунков и 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, приведены основные результаты и краткое содержание работы по главам.

В первой главе проведен анализ работа агропролшшленных предприятий и объединений по производству и переработке хлопка в Республике Узбекистан. С целью создания вычислительной сети АПК исследована структура АПК на районном уровне. Рассмотрены основные задачи абонентской сети АПК и объемы информационно-вычислительных работ для отделов и предприятий районного агропромышленного союза (РАПС).

Осуществлен выбор критерия оценки эффективности работы АПК. Задача выбора рационального варианта эффективности функционирования АПК ставится как задача оптимального построения ИБД и вычислительной сети для АПК, т.е.:

разработать методику организации и построения ИЕЩ районного уроеня АПК ;

создать абонентскую сеть с терминальным оборудованием, рассчитанными на большое количество абонентов для АПК районного уровня на базе современных персональных 2ВЫ;

в качестве цели развертывания абонентской сети иметь отработку типовых проектных решений по создании вычислительной сети для объектов АПК на основе локальных сетей персональных

зв;л.

Вторая глава посвящена методам организации и построения ■ ибд для АПК. Основными параметрами, характеризующие эффектов- . ность функционирования Б„, являются объем данных, время отве-

та на. запросы информации и технико-экономические показатели (ТЭЛ):

< 4. 4*, 4 >;

где

4 -Ж Ъ) ■

Для оптимального построения БД необходимо минимизиро-

вать:

где

е/-

(-з - затраты на создание БД; Ре- стоимостные потери от неидеальности построения

В БД:

¿!3 - эксплуатационная стоимость. Применение данного критерия при функционировании БД дает возможность учитывать ТЭП объектов-пользователей БД в АПК.

В работе осуществлен выбор оптимальной структуры данных. Показано, что Еремя поиска информации минимально при древовидной структуре организации данных.

Выбор логической организации данних в виде дерева требует определения оптимального числа уровней дерева. Разработан алгоритм определения оптимального числа уровней дерева, основанный на применении метода поисковой оптимизации. Бремя поиска информации определяется в воде:

где

I» - число уровней дерева ; К - количество элементов па клмном уровне ; к. - количество связей менду файлам::. Ка рас. 1 представлена ¿уакциокальпа-; :»авас:'.."ость 7(х/ для различных значений Ж . Как видно из гра,гка •Т.уикцак 7(1) унимодальна. Для определения минимального япачоппи

7(1) необходимо найти корень урав-иенкя 7'(1) • Сдкг-ко при гкч.:с::е;шп пго..годной ьигхлто,

?

что уравнена® тракоцендонтао. Поэтам? дда отыскания корня требуется использовать численный. метод.

№

Í6S-1

Í55"

105- ■

75-

4S

/

Рис. I

Для одномерной минимизации функций широкое распространение подучили методы поисковой оптимизации. На основе разработанного алгоритма получены результата расчета, благодаря которым можно определить число уровней дерева 1* , где время поиска информации минимально.

Предложена рациональная физическая структура БД. Показано, что объем памяти носителей информации минимальный только тогда, когда оптимальное значение длины документа равно

£<1рг = то есть в одной записи файла показателей должно содержаться 14 показателей.

Рациональное использование процесса обработки данных требует решения задач оптимального распределения совокупности файла на магнитных носителях. _

Пусть задано множество входных файлов {/¿I, каждый из которых характеризуется физической длиной ¿е- .

Для каждого файла из 0 требуется определить такой номер места на магнитном носителе, чтобы для суммар-

ной длины холостых прогонов носителя выполнялось следующее

У0*08116 Ь -и

г*т 9 *

где ^ - длина подвода носителя.

В работе рассмотрены вопросы оптимального размещения файлов на накопителях информации. Организация работы с магнитным носителем прямо зависит от двух факторов:

1. Осуществляется ли предварительная разметка носителя

и допускает ли носитель непосредственное адресование к нему.

2. Ведется ли каталог расположения файлов на носителе.

Показано, что положительный ответ на вышеизложенные вопросы имеет место в случае использования дисковых накопителей, а отрицательный ответ - в случае применения магнитных лент.

В третьей глава рассматриваются зависимости экономических затрат и временных параметров от выбора внешних и внут-ренгах схем информационной системы.

В ходе исследований установлено, что время ожидания результата при обращении к информационной системе и еэ эксплуатационная стоимость зависят от того, насколько продублированы массивы, храняияеся в БД.

Произвольные расчзты по определению зависимости вромо-и? ожидания и эксплуатационной стоимости показали, что:

I. Ерзмя ожидания результата при хр?яении на дублированного массива с дополнительна повышением порядка лишь коз.вольно меныпз, чеи врэмк ожидания при хранении с гс.эсгзенкьх! изменением порядка одного массиэг..

2. Эксплуатационная стоимость при организации хранения массива с дополнительным повышением порядка превышает эксплуатационную стоимость хранения любого числа массивов-дублей при организации с естественным изменением порядка.

Отсюдаследует, что более предпочтительной является организация хранения массивов с естественным изменением порядка.

Информационный поиск по запросу является одним из ватных функций информационной системы, так как он обеспечивает потребителей необходимой информацией в требуемом объеме и е заданном периоде времени. Основная задача организации массивов БД при информационном ноиске заключается в том, чтобы обеспечить эффективный доступ к большим объемам информации. Известно, что это можно сделать путем создания вторичной информационной совокупности, которая в известном смысле раскрывает содержание данного массива.

Вторичная информационная совокупность может представить собой информацию"о структуре массива и в этом случае она организуется в виде структурных массивов.

Для решения этой основной задачи организации массивов БД разработан метод для поиска записей в массиве на основе сочетания их ключевых слов. Сочетание ключевых слов может быть полезным, чем адрес запаси «5 , так как ключевые слова характеризуют £ , а их сочетание однозначно определяет Л

Ключевое слово -С является истинным для записи & , если Л: е Л . Блок-схема алгоритма определения полного времени ответа в зависимости от структуры связей меэду файлами приведена на рис. 3.

Далее разрабатывается инженерная методика по проектированию логической структуры ИБД районного уровня.

Проведен анализ документального сопровождения деятельности колхоза Хамзн . Учкуприкского РАПС Ферганской области.

Построена концептуальная схема предметной области /Про/ "Колхоз", основанная на реляционной модели данных. Обоснован выбор реляционного подхода дош записи концептуальной схемы БД по установленным критериям. Показано, что реляционный подход больше удовлетворяет установленным требованиям, чем иерархический п сетевой подходы.

Pce. з

Концептуальная схема для Про "Колхоз" включаё? бййсания объектов, атрибутов и функциональных зависимостей Мёвд атрибутами: выделены 66 элементов данных и постшаа Í? исходных отношений.

Эти отношения нормализованы до 3 формы е извест-

ной системы СШГОС, располагающей по крайней >¿§í>§ Щ'т алгоритмами нормализации. Применяя эти алгоритмы (Бёр'нштёйна и Делобеля-Кейси) решена задача синтеза схемы Ьёлйционной БД с мини(дальным числом отношений в третьей нормайЬйЪЗ форме. В результате получена рациональная схема БД, СйбЗВдйая от следующих проблем:

1. Избыточность.

2. Аномалии обновления.

3. Аномалии включения.

4. Аномалии удаления.

Сравнение алгоритмов синтеза показало, что число отношений минимально при использовании алгоритма Бернштейна.

Для того, чтобы спроектировать, реализовать и использовать большую базу данных, требуются усилия многих людей. Для реализации большой базы данных проект концептуальной схемы разрабатывается обычно администратором базы данных, чаще всего в сотрудничестве с программистами и при консультации лиц, курьирушцих создание 5Д.

В работе разработан проект концептуальной схемы БД для производства хлопка. Этот проект необходим специалистам, занятым разработкой системы управления ВЦ, проектированном системы ЕД для АПК.

В будущем системы БД станут все более и более распространенными и будут играть все более вагнуга роль. Нельзя сказать, что Есе проблемы БД для АПК решены. Многое еще предстоит сделать. Однако фундамент уже заложен. В заключение можно отметить, что результата нормализации, полученные в работе, могут быть успешно использованы при проектирования физической структуры 1ЩД районного уровня.

В четвертой главе разработана общая схема анализа этап» ности построения сети АПК. Осуществлен анализ этапности .раз^ертмвонзя абонентской сета (АС) АПК. В целом он сводится к определению: ■-. ' .

- рациональных пропорций в распределении финансовых ресурсов, выделяемых для развития АС АПК в целом ( ). мезду его отдельными у -ми звеньями:

ъа^-усц ш

- максимального темпа, обеспечиваемого при этом в последовательном наращивании функциональных характеристик этих групп:

ю

где текущее значение величины ресурса, выделяе-

^ мого на развитие у -ой группы абонентских

пунктов (АП) ; г^ (су - величина получаемого эффекта ; ф = ф Л1йХ - текущее значение эффективности АС ^ * АПК в целом;

^ - текущее время. Общая структура анализа этапностк развития АС АПК представлена на рис. 4.

При этом

- Ф-ЪХШЩМ.

У / ' Г

где

- текущее значение производительности какдой из ^ - х групп АП ;

М^ - текущая величина капзатрат на развертывание .

_ какдоп из них ;

зс^ - полезный эффект от их применения, в расчете на I ед.производительности.

Расчет этаппости построения АС АПК преследовал цель определения технико-экономических характеристик (I) и (2) таким образом, чтобы в кавдой из временных фаз (этаяов) развития АС АПК выполнялось условие максимизации экономического эффекта от ее применения.

Для разработки алгоритма оптимизации был использован метод динамического программирования, приняв в качестве целевой функции зависимости вида "затрата-полезный эффект":

Ф2Ш ^/(^и

Состав и характеристики абонентов:

Рио. 4.

с учетом специфики настоящей задачи:

- многошаговости исследу е;.шх технико-экономических процессов развертывания АС АПК;

- аддитивной форма критерия народнохозяйственной эффективности АС АПК:

ч выпуклой монотонно-возрастающей формы ее отдельных компонент(частных целевых функция - ЧЦ$), характеризующих эффективность каждого из У -ых элементов АС АПК:

Этот расчетный алгоритм основан на взаимной тождественности (■да.эдщзащи приращений функции на «Т-лм расчетном gare и ее значена^ к исходу вычислитолькоrq процесса в цадом,

В соответствии о этим на калдац на Ш учетных сагов оптимальное управление (ОУ) выбирЗйТОЯ йеходя из обеспечения условия : ^J?

if

V

где =• - количество ресурсов,выделяемое на

М -ом шаге для развития АС АШ ; м, = ¿К- увеличение ^'-ой ЧЦ? на т - ом 4 шаге.

Совокупность определенных таким образом шаговых ОУ и является решением поставленной задачи.

В приложении приведены результаты машиной апробащи алгоритмов V методов предложенных в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы и результаты, получанные в дассортащи, могут быть сведены к следующему:

1. Определена структура АПК на районном уровне, изучено состояние автоматизации решения функщональкых задач сельхоз-производства с целью создания вычислительной сети АПК.

2. Определены основные параметры, характеризую иле эффективность функционирования БД.

3. Предложена рациональная логическая структура БД. Показано, что время поиска информации минимально при древовидной структура организации данных.

4. Разработан алгоритм определения полного времени ответа в зависимости от структуры связей менду файлами. Показано, что время ожидания ответа па запросы минимально при древовидной структуре связи меяду файлами.

0. Разработана инженерная методика по проектированию реляционной схемы БД для производства хлопка.

6. Разработан алгоритм оптимизации этапов построения АС АПК.

. 7. На основе исследования структуры локальной сети АПК разработано дерево целей создания информационно-вычислительных сетей, реализация которого обеспечит введение в строй конкретной локальной сети.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иногаков ivl.iii., Иванова Л.А., Ахмедканова С* Программное обеспечение экспериментальной системы обмена данными меггду удалепными ЭВМ. Сб.: "Вопросы РАСУ", вып. 19, Ташкент, 1979, с.146-148.

2. Ахмеднаиова С., Даутов Ш.И.,• Кногамов М.Ш. Программное обеспечение передачи данных в АСУ-сельхоз. Сб.:"Алгоритм", енп.51. Ташкент, IS83, с.79-85.

3. Панов В.И., 11нога».ов , Ахмедаанова С. Перспективы развития системы управления сетью коммутации каналов. Сб. .-"Вопрос!.' РАСУ", еып.45, Ташкент, 1287, c.SO-SS.

4. Гайдарова С. Структура локальной сети и принципы разработки дерева целей создания инйормационно-вычислитель-ной системы для АПК. Тезисы докладов Республиканской конференции "Современные проблемы алгоритмизации", Ташкент, IS9I, с.98-99.

5. Хайдарова С., Нпгматов X. Алгоритм оптимизации этапов построения абонпнтской сети А1Ж. Сб.:"Вопросы кибернетики", buh.I4S, Ташкент, 1993.

D сопместшх публикациях постанопки, алгоритмы и методы р'.;!;тмя задач,относгииося к тематике диссертационной работы, принадлежат аптору.

* Лхмедт.апова С.- допи»ья фамилия соискателя.

С.Хайдарованинг "Хишлоч хулалик саноати. тизимаара у чу;; .чаьлумотдарн;: уисоблашшнг ciii'jijmis услубл" кавзусидаги ¡: ota од иск .-ц'-ссерта-;-ияеига чксчача тавси^но..^.

I.цкпэт лолацрблягл. Ыаьлуши, гдашоч хукалик саноати тизкшшри vHIjCT ) маьдумотлари ^исобльь ..la-i ut:: fr лча :<ьт-та ^дг^-теханкаваи кучга эгадар. Леки.-, у^ардан ^олдаланкш са:,;арадорлиги ласт будкб, сарс^даы'аа хц^аыатлар кутшшаак-да.-; секкалик биман чодаатлочда. Бунинг бош сабабдари нчти-содил улчаилар, ЧлСТ учун ьаьлуглотларах уксоблаьанаг .,олуб-jiayù «и тахник&внй восктчар.чилг ихтиёрлй танланишдир.

ЧлСГнинг ^арлиати ;<атта гаылдаги агаыумотларни туц.чаш, иачдаш'са ищаб -чичиш билак бог ли-; иу уз навбатида

глхсус ьхборотлар балки \ЯБ) ни тузт¿.' тыбб• 5Ть,-,я.!U дБ ва алборотларни ишлаб чичии услублау,!<ш таглил чилед шучк етрсатдгки, бугунги кунда К1СТ уч.;г: ахборотларни иш:аб чичишнянг оамарали услубдари, лБни туйк^ бу^ича мгояа наза-рдя vai,¡ йук. Танданган ;/<уамлоииаг цшхза^блигя ычорида а:да:лгаал&*>дая келиб чичадп.

диссеотапиоа т^пнг ьачсагл. ЧХСТ учуй АБ тузг.ь. ва у ни тащкил этмшиинг услубларини кщлаб чич«:.. KàCT бугинларининг босчичьлтбосчич чурилииыни та^.шл '»./.И'_-:ияг угдумил тарзини белгилашдир.

Плшл янгилик аБ чурйлюшгинг cai',a>:.oi услубларини таа-лаига ZMKOH берадиган нлгоритшарнм чичишдан йборат.

. ьняичг ачалии чимати ва ицчикг кати.'-:аларкяи татбич этиц. l.u-iaó чичилган ыоделлар," алгоритм-дар ьа дастурял' во-ситалар Севосита ЧлСТ учун ЛБ ни тузкь ва доки^алашдагй ыу-амноларш: з nia да кул келади, ахбо^тлараи уисоблаи, Создал £а яил&С Ч1:чикда ^ате.'.<атмх ва и ;*ирмаьио.ч дастурлар-ш. тужила хам чулланалади. Б/ «о.ч«.'ыар '{лСТ учун абонент-дар uiffisoajiap) хизматияи ташхил этиинид' са'/лрадорлигини сашрада. :\iCT mira тадчвкот ньткур."»р;: тнтбдч этидгакда у*.тшй гчтисодпи сьнарадоряик ЬОО квяг с?:эди Tautüi зтад,; _нл лар:с!да).

рано коларц. 1.снияг асосин ;.5аз«уни эьлон чилянгал 5 та »^^олаз уз Е^сдасани тоаган.

-. iicHiîHr та^кгбий хлскиа^;;. лкссерга^^л кирли, 4 боб, ху-лооа,.^оададанЕЛгаа адайиётдар ¿уйхати ва иловадан иборат.

Tne snort character dissertation o+ Knajdarava a. Dy theme: "Methods of the optimum construction o+ the information cases tacts tor agricultural industrial completes"

Hctuanty ot dissertation, loday the agricultural maus-

crm complexes (HID disposes at the great research tecnni-H-aj potential ot the information computing maintenance. However as a result ot expiaitat1 on at making mecnan1zation svstems of control tneir et+ectiveness has turned out lower tn?n calculated, and a result ot this, the investment means are compensated more slowly, than it is expected.

.It 1=5 c end 11 t on«d dv presence o-f many reasons, the main ot these are the economic criteria and methods ot the construction of the n t or mat i an dases -facts (1BF) tor HlC and tne arbitrary choice of the technikal means.

The functioning ot the AiC is Dound up with accumulation, keeping and tredtment o-f the great volume of l nf or mati on, and it requi r SB,. .1 n one's turn, the construction of tne IttF.

rtnalvsis o-f the existing IBf and methods of their devise is showed, that today tne methods of construction of IbK for ttlC is absent. It is possible be explained tor lack ot a single wnole theory Dy construction o+ tne ibh.

The aim (oeject; ot dissertation is working out the methods o-f construction ot tne ibi- ana tne common scheme at analysis ot stage ot construction net ot H1L.

scientific novelty is ccnciuoea in worKing out ot tne algorithms, wnicn are permitted to corry out choice tne optimum structure of ifcft.

Hractical value ana tne realization the results ot the '•cri .working cut complex. ot the models, algorithms and programme means is useo ;mmeoiateiy for tne solution ot Problems Dy the projection and the construction of 1HI- for H1C. Lommon economic effect from introduction ot the results of PiC'= Hji-I. is presented J-(->n4 thousand roubles.

Jiiitlji.CLa.tijjQ. The fundamental maintenance of this dissertation is e' ucidate-j p publications.

T'T^^tj^ucture of^ the dissertation. The dissertation consists of the introduction, four chapters, conclusion and the list of the application literature, and the affixing.

yCtiuL

■y

о

Босыахонага топилрилди fi.Uli J J 1 и. Босиига рухсат этилди 30. (2IJ0FO3 бичиии 60x84 I/I6. Офсет босиа усули. Да лови нусха. Буиртиа ^

УзР ФА "Кибернетика" Ш1ЧБ1 сига цараили Кибернетика Институтиниыг босаахонасида чоп этилган. 7C0I43, Тоакент, Ф.Хугаев, кучаси 34 уй.