автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Методы и способы представления зависимости в реляционных базах данных как формы знания

Г6

f_

пська мКська державна адм1н1страц1я

lUyKODO-виробюте об'вдиання "MîсьхсистемотехиI ка"

г- |1 л П í'ln'l

D и0/1 яэо

На правах рукопису УДК 681.3

ЕЕРКО АНДР1Я Ш1АН0ВИЧ

КЕТОДИ I ЗДССБЯ ПР145СТАОЛЕ1ШЯ ЗДЛОЖСТЕЯ В РЕЯЯЦИЗМХ базах ДЛЮ К ZK •GCPKi зиань

Спец5апьнicTb 05.13.17 ТвораTarai основа 1нфор?лзтики

Лвпореферсп бисоргпца: на söoöyazia бченого апупеня кснЗи&яп Г£хн1чних неук

Робота виконана в НВО "М1ськсист8мо'^хн1ка"

Науковий кор1вник: чл.-кор. АН Укра1ни, д.ф.-м.н., професор Стогн10 Анатол1й Олвксандрович.

0ф1ц1йн1 опоненти: д.т.п.,проф. Г.П. Кожевникова К.ф.-М.Н., С.Н.С. И. В.0Л8Н1Н

Пров1даа орган!зац1я - 1нститут програмних систем науково-техн1чного комплексу "1нститут кЮернетики 1М. В.М. Глушкова" АН УкраКни (м.Ки*в)

Ззхаст в!доудэться ' ^ ШШШ ^ 1993 р. об / ^год. на зас1данн! Сдац1ал1зовашн Ради Д 166.01.01 в науково-виробяичому об'едаанн! "М1ськсистештехн1ка" за адресов: 252004, м. КИ1В, вул. ЧервоноармШська 23-6.

3 дисертац1вю можна оззайомитасъ в б1бл1отец1 НВО "Шськсистамотехн1ка".

Л /¿у

Авторефера? роз!сланий " ^ " -^т-л. "Г_ 1993 р.

Вчений свкретар Сшц 1 ад ковано* Ради

д 166.01.01 Падун В.Е,

Загальна характеристика роботи.

Актуадыпсть роботи - в даний час можливост1 апарату залежностей в проектуванш, моделюванн!, управл1нш та експлуатацп баз данях використвоуються недостатньо, а в багатьох випадках просто 1гноруються. Причини дього автор вбачае у в1дсутяост.1 однозначного шдходу до -розум1ння, визначення, обробки та представления залежностей даних. Пзномаштшсть тжпв, форм, характеристик та метод1в робота з залежностями створюе ц1лий ряд трудноппв, зокрема таких як повне використання переваг та властивостей toi чи Ihjeoi залежяост1 при створенш Сази дашк, комплексна застосування залежностей р1зних тжпв, формал1защя npoueciB роботи з залежностями та iH. Серед зассбгв формального маншулювання залежностями даних найб1льщ широко вживаними е пропозжийна логша, лoгiкa першого порядку, реляц1йш числения, алгебра 1'чний апарат, граф1чн1 та табличн! методи. Кожей з цих saco6iB придатний i мае. переваги в певних застосуваннях, i, в той же час, мае ц!лий ряд обмежень як по типах залежностей, так i по широтi використання.

Тому проблема створення единого шдходу до cnocoOiB обробки та представления залежностей, як специф1чно1 формя знань бачиться авторов! актуальною, так як t проблема створення 3aco6iB обробки даних, що базуються.на знаниях. 1нтеграшя досввд, нагромадженого за час досл1дження р1зних тип1в залежностей даних i cnoco6iB ix застосування, з технолог1ями штучного штелекту може служити основою створення шструментальних засоб1в нового типу.

Вказаш вище фактори визначили напрямок, тему та задачу досл1джень.

Щль та задачi робота. Основною ц1ллв роботи е розробка метод!В та засоб1в представления i обробки залежностей в релящйних базах даних t створення шструментальних заахПв застосувэшЫ залежностей, як i базуються на методах та технолог1ях штучного штелекту, а також застосування отриманих результат!в i програмних засоб!в у наукових та прикладпих розробках t учбовому npoueci.

У в1дп0в1дн0ст1 до поставлено1 цШ визначаються tskî ochobhî напрямки дослгджонь:

- анал1з cnoco6iB представлешм залежностей, метод1в i алгоритм1В маншулювання ниш в piivïnx застосуваннях;

- досшдження природа еэлежностей даних . ix 1 властивостей, даерел утворения, структура'та семантики;

розробка узагальненого методу представления, та обробки залэжноствй даних;

розробка сг"руктури та специф1кац!я задач управл!ння даними за допомогою знань утворених на основ1 залежностей;

- розробка 1нструм8нтальних програмних засоб1в на основ! технологia штучного хнтелекту . для. anpoöaui i та р98л1защi отриманих результат!в.

Наукова новизна робота полягае в наступному:

- реал1зуеться -cnociö представления та обробки залежностей, який дозволяв !нтегрувати р!зн! типн та класи залежностей даних в едине 'поняття залежностей даних та об'еднати при цьому ix властивост1;

- залежноетг даних розглядаються, як спецж2нчна форма знань про проблемну область, структуру та властивост1 реляц1йно! бази даних;

- застосовуеться технологiя штучного 1нтелекту для обробки та представления залежностей даних;

- розроблений cnoci6 комц'ютерного представления та обробки залежностей даних як форми знань, а також алгоритма автоматизованого розв'язку ряду задач управл1ння релящйними базами даних на ochobi залежностей.

Практична Щншсть робота полягае в тому.що розроблений ЮТегрований п1дх!д до залежностей в реляц!йних базах даних, метод представления залежностей як специДОчно! форми знань 1 застосування технологи штучного ¡нтелекту для ix обробки може служити основою для створення систем i 3aco6iB управлгння базами даних принципово нового типу. В СУБД, що .викрристовувть залежност! даних, можуть практично вир!шуватась задач! п!дтримки ц1л1сност! даних та побудови семантично правильних структур на основ! р!зних тш!в обмежень.

Алробац!я результата робота. Окрем! положения робота за час il виконання допов!да^ись на 17 Всесоюзн!й конференц1I "Управление большим городом"(Москва, 1989 р.). ШжнароднШ конференц!i з !нтелектуальних систем. управл!ння ( Conference on' Intelligent Management Systems, Варна, 1989 p.), Всесогон!й школ1-симпозиум! "Системология: логика междисциплинарных исследований" ( Льв!в, 1989 р. ), III Всесоюзшй ткол!-сем!нар! "Базы данных и 'знаний для

персональных ЭВМ" ( Льв!в-Славсько, 1989 р.). наукових семшарах та конференц1ях у Лъв1вському пол1техн1чному шститут!.

Ряд досупдаень, виконая! 1 апробов9н1 в рамкех науково-дослхдних роб!т по держбюджетн!Я та госпдогов!рн!й тематиц!, що проводились протягом 1987-1992 рр. на кафедр! АСУ Льв1вського пол1техн!чного ¡нституту.

Окрем! практичш' результата, отримаш в процесг шготовки робота використан! в розробках автоматизованих систем управлпшя та автоматизовашх робочих М1сць впроваданих в обчислювальному центр I Льв1вського пол1техн1чного ¡нституту, Р1вненському обласному госп!тал! 1нвал!д!в в!йни, стегальному конструкторському бюро електромехан 1 чних систем ЛП1, а також в навчальному процесс на кафедр1 АСУ ЛГП.що шдтверджуеться в!даов1дними актами впровадаення.

Основн! положения та результата виконаних досл!дкень опубликован! в 6 наукових статтях та матер!алах наукових конференщй та 3 зв1нах по науково-досл1да1й робот!.

До захисту пропонуються:

1) анал!тичний огляд метод¡в представления тя обробкя залежностей в релящйних базах даних, висновки, оц1нки узагальнення та пропозиц!! щодо застосування основних способ! в анал!тичного манШулввзшм залежностями даних;

2) результата досл1даення природа, семантики, властивостей 1 способхв продукування залежностей даних, критерм та методика визначення р1зних тип!в залежностей в релящйних базах даних;

3) метод представления залежностей в релящйних базах даних як форш знань у вигляд! ¡нтегрованого комплексного поняття з застосуванням форм 1 способ ¡в представления знань, мехашзм та алгоритм переходу в!д залежностей даних до метазнань релящйно! бази даних;

4) практична реал1зац!я запропонованого методу представления знань, утворених на основ! залежностей, постановка та характеристика задач управл!ння ! обробки баз даних реляШйного типу !з застосуванням знань такого типу.

Структура робота. Работа складаеться з вступу, чотарьох розд!л!в, п!дсумк1В, списку л!тератури та додатк!в.

Зшст робота.

У встуш обгрунтовуеться важлив!сть та актуальность питань, що Шдлягають розробц! в даний робот1. Сфориульован1 цШ та зндач1 доыпджэнь, IX нэукова новизна, основн! положения та .практичн1 результата, досягнут1 в ход! виконання роботи, даеться коротка характеристика зм1сту роздШв.

У пвршому роздШ робота дашться визначення 1 формал^зацп основних понять та термшгв, як1 використовуються в роботЬ узгоджуеться система позначень. Даеться загальна характеристика I обгрунтування проблеми, виршенню яко! присвячена робота. Базовх поняття стосуються реляц1йно! теор11 баз даних 1, зокрема, таких понять як обмеження та залежностх даних. ТершнолоПя та визначення використовуються у формулюванн!, прийнятому в роботах Кодда, Фейдаша, Б1р1, Делобеля. Другой групою понять, як1 використовуються в роботI е поняття пов'язан! з комп'ютерним представлениям знань, базами знань 1 технологиями штучного ЮТелекту. Подааться визначення осаовянх способ!в представления 1 обробки знань, структури баз знань i п!дхода до ix створення.

Проблема, що вир!шуеться в данШ роботг стосуеться способ1в шеднання релящйного шдх^ду до баз даних з технолог ¡яма штучного 1нтелекту. В б!льшост! 1снуючих сучасних ¡нформацШшх технологи! та систем не використовуеться широкий спектр властивостей та можливостей, як! надае застосування апарату залежностей. Це призводнть до мехагазацп процес!в проектування та використання баз даних обмежуе 1х 1нтелектуальн1 I функщональш можливост1, звукуе коло застосування систем на основ1 баз даних релящйного типу. Причини цього автор вбачае у в!дсутност1 единого подходу до поняття залешюстей в реляШйних базах даних, неоднозначност1 у визначенн! 1х семантики та розушнш рол! 1 м!сця залежаостей, велик¡й к!лькост1 вид!в 1 клас1в залежностей та способIв 1х застосування, складност! процес1в машпулювання та п1дтримки систем залежностей. Вир1шення ц1лого ряду проблем пропонуеться на основ1 застосування для обробки залежаостей технологШ штучного 1нтелекту, що робить доступним та можливим використання великих переваг, як! дають залежност1', в робот: з базами даних. Кр1М того виршення дано! проблеми може стати основою для принципово нового шдходу до

побудови засоб1в управляя даними та тформацШшх систем.

У другому роздШ проводиться аналхз ряду метод1в формального мэшпулювання залежностями в реляц1йних базах даних. Метою проведем знал1зу е визначвння законом!рностей, сп!льних рис та в1д.ч1нностей в р1зних типах залежностей дапих 1 способах ix обробки. Отримаш в результат! аналхзу -узагальнення використвуються для вироблышя продозищй та ршень по проблем! створення единого шдходу I методу обробки та опису залежностей даних як форма знань. В рлботх розглядаються анал1тичн! мзтоди формального ман1пулювання залежностями:

- метод булевого перетворення залежностей дёних;

- алгебрэ1чний метод на основ! апарату реипток;

- лог1ка першого порядку;

- рэляцШп числення.

Граф!ч:п та табличш метода в робот! не розглядаетъся, оск1льки складавть приндипово ¡наий напрямок досл1дкень.

Метод булевого перетворення залежностей зводиться до наступних формал!зад1й:

- кожному 1мен1 атрибута в1дношення ставиться у в1дпов!дн!сть деяка лсг1чна змхнна, тобто вводиться однозначне воображения множили атрибутов в!даошення и на певну множину лог!чпих змпших х

Ф: и х;

- ксзппй множин1 атрибут 1в сшвставляеться кон'ннкшя в1дпов1дш1х зм!нних:

- кожному виразу функцюнальшл залежност! - булева ¡мшпкащя зм!нних;

- в якост1 булевого екв1валента виразу функцшнально! залежност! виду X —* У застосовуеться .проста ¡мши канта виду х-у', яка називаеться функд!ею булевого перетворення - ьгг, де х 1 у, в!дпов1дно представляють Л1ву I праву частшш залежност!:

ЫГ(с)=(х =» у)'=(х'+у),=х-у'. .

- систем! функц!ональних залежностей в1дпов!дае булева функц1я, представлена набором ¡мшпкант, як! е булевим перетворенням вираз!в функц!ональних залежностей,що входять в не1:

Г(х)=ВТР(г)= Ч^ЪЩт), Аналог!чно визначаеться булева перетворююча функщя для багатозначно! залежност! виду X У17,:

ЬЪХСХ ->- = =» (у+2) ) ' = (х'+ Аксюматика функц1оналышх, багатозначних залежностей, а також правила IX взаемного виводу мають сво! аналоги в терм!нах булевих функц1й„ що показуеться в роботк Булевське перетворення функщональних та багатозначних залежностей дозволяв формальний розв'язок таких задач як пошук ключ¡в, лог1чкий вивхд залежностей, пэрев1рка входження залежностей в систему тощо.

Алгебра1чний метод • базуеться на под№ост1 властивостей фукщюнальних залежностей з в!дношенням часткового порядку, а багатозначних з в1дношенням р1вност1 в часткових реш!тках. Якщо И в1Дношення на множит атрибут1в и, то для нього можо бути визначена фуякщя розбиття е:ги—> п(К), така що для множили X £ и

Р:Х — е(хы(ЪД2) <= Нхр1|г1[Х]=г2[Х]>.

Множила образ1В функдП воображения е(Х) - 1ш(е) називаеться реляцШюю реш1ткою. Якщо у н!й встановлене в1дношення порядку

то це в1дпов1дав фушаЦональнШ залежност1 X —> У у в1дноиешп И.

Умова 1снування багатозначно* залежност1 в термшологП реа1ток формулззеться як умова декомпонованост! двох гпдмножин 1;< I Ш множили атрибут1В и:

е(и.+№)= е(Ш)*е(Ш)= е(№)-в(Ш)= е (№)+©(№).

За допомогою засоб!в апарату теорп реппток можуть бута сформульован! також умова 1с.нування узагальненох багатозначжп залежность з'еднувально! залежност1, умови ацшипчност! схем в1даошень, а також вир1шуватись проблема лог1чного виводу залежностей, побудови базису система залежностей, входження залежностей в систему.

В основу методу мащпулювання даними, за допомогою апарату лог!ки першого порядку покладений п1дх!д запропонований для функщональних, багатозначних, взаемних 1 на да л 1 узагальнений на 1нш1 типи залежностей даних. Зм1ст його полягав в тому, що готовI формальш система р1зноман!тних тишв залежностей даних можуть бути замшен!, без втрат для IX властивостей, виразами теор!1 першого порядку.

Метод представления залежностей даних в форм1 речень першого порядку придатний до застосування для будь яких ¡нгсих в1Домих тишв залежностей. Вводиться загальне поняття "залежн!сть даних", яке • визначаеться як речення першого порядку вигляду:

(ух*х2.. .хт) (( Ах'Аг".. ."Ал) =» ЗУ»У2...Уг(В1*В2"...лВ»)),

дэ кожна з А1,А2,...,Ап е релящйною формулою,

кохна з В1,В2,...,В= - релящйною формулою або р1вн1стю,

х1,хг,...,хт та 71.уг.....у, - 1ндив1дн! зм1шп,.що позначають

значения атрибут1в певних в1Дношень.

Пор!вняно з апаратом лог1ки першого порядку релящйне числения в значно компакта ¡¡ним засобом, осклльки в ньому застосовуються лиие ¡нструментархй в1дношень та операцШ над ними.

Автор пропонуе ряд власних формул релящйного числення 1з зм1нними- кортежами, як1 описують загальну формулу в1дноЕення, на якому шдтримувться певний тип залеяность даних. Зокрема сформульован! умови шдтримки функщонально!, багатозначно!, з'еднувально!, транзитивно!, шаблонно1 залежностей та зроблеш узагальнення на випадок шдтримки дов1льного типу залежност!. Для побудови формул, як! ойисують умови ¡снування залежностей даних в якост1 базового пропонуеться вираз виду

.....и | .....м), ■

де ид2,...Дп - змпе-п кортежг однаково! розм}рност! ! структури, ^(^.гг,...,^) - формула, (у1д1:2...1;п)=(у!,1)(уг2)...(угп). В загальному влпадку формула в!дношення на якому шдтримувться залежн1сть даних мае вигляд

Пропонуеться загальна форма виразу числення !з зм!нними на доменах, який задав умови 1снуввння на в1дношешп певно! залежност! даних:

1X1X2 .. .хг, [ ь(х» ,х2 .... ,Хп )},

де х»,хг,...,хч - зм1нн1 на доменах,

Ь(Х1 ,хг.....хп) - першопорядкова форма в!дпов1дного виразу.

В третьому розд1л! розробляеться методика представления залежностей даних як форми знань. Проводиться досл!дження та природа залежностей в • рамках якого даються пропозиц!I автора по способах визначення залежностей, анал!зу !х формальних особливостей та семантики. В рамках Д0СЛ1Дження природа залежностей даних виконана класиф1кац!я спососив виникнення та визначення залежностей. Розглядашься три шляхи виникнення залежностей даних, 1 в1дпов1дно, три способи 1х визначення:

- на основ! анал1ру проблемно! област1, !! особливостей, зв'язктв

та Фактолог ¡чш! структура;

- епсс1б ¡до базуетёся на формулюванн! сбмежень, як! виниказть 1 вводиться при проектуванш схема бази даних на основ! вязченя потреб та вишг до бази даних;

- спос1б -утворення залежностей як властавостей ¡нформаЩйного наповнення в!дношень реляцДйшл бази даних.

Розробляеться класиф1кащя та характеристика шлях!в визначання залежностей даних в межах кожного 1з ' способ1в, формулюються необхвди та достатн1 умови ЮТування залежностей на кортежах вщюшень, наводяться алгоритма та схемн процас!в утворення залежностей.

Пропонуеться для визначення достатньо повно> та достов1рно! система залежностей релящйно! бззи даних, оптимально! з точки зору и заотосування при проектуванш та есплуатащ!, комплексно сас.тосування запропонованих пШ:од!в. Система залежностей бази данах

- г^в при цьму може бути одержала як

, -'С: и Гс и 1е,

до 2г - система залежностей, угаоренах на основ1 внал1зу предметно! облает! база даних;

- система залежностей, утворена як обкеження проектування;

- система залежностей, породженах 1нформац!йнш наповненням бязи даних.

Суттевим фактором представления залежностей даних як фор>.ы знань е. !х зв'язок з Хоршвсьюмл виразами. Под1бшсть до Хоршвоъких вираз1в найкраще просдадковуеться у . випадку функцтнальних залежностей.' В булевському представлен! вараз функцюнальшл залежность може бути зведенай до Хорн!вського

даз'внкта ___Цей факт, зокрема, використовуеться для

дабудови алгоритм!в логичного виводу залежностей в булевому вигляд!. Представления ргзшз тшпв залежностей у вигляд! формул першого порядку показуе, цо широкий клас, так званих, повних залежностей описуеться речениями виду

(УХ1Х2.. .Хт) (( . .лАп) =» В),

як1 можуть зводатись до Хоршвських. Перех!д до клаузально! нотаци шляхом опущення квантиф!кованих зм1ннах ! зам1ни 1мпл1кац!I дае Хоршвське речення виду (-. Ад ~ -.Аг -Ап V В). В загальному

випадку дов1льна залежн!сть даних може бути зведена" до форма 01Х1<?гХ2 .. .ОпХп (Ш'Нг". .. ~Н»>),

де 0^1=1,2,...,п - квантор,

К>,Ш,...,Нт - Хор!пвськ1 речения.

Хоршвсыи властивост! залежностей в1Д0бражають факт 1снування зз'язк1в м!ж атрибутами, обумовлених шдтриманням певного типу залежност1 на 1нтенс1онал1 вщюшення бази даних.

Семантика ряду тип1в залежностей даних таких як функц1ональн1 та багатзначш е дост'атньо прозорою I природною. В той же час семантика ряду ппшх тиШв залежностей не мае прямих аиалог1й в предметних областях. Пропонуеться' для визначення семантики залежностей даних враховувати два аспекта: природу - особлиЕостг реального свIту, пов'язан! з И 1снуванням , в баз1 даних, 1 структурну семантику - набхр властивостей в1дношень, як1 забезпечуються п1дтриманням залежност1 пввного типу на цих в1дношеннях.

В основI природного фактору семантики залежяост! лежать поняття зв'язку. В цьому розум1НН1 залежн1сть е обмеженням, накладеним на в!дношення виходячи з усталених 1снуичих форм 1 с1Нвв1даошеш>. Так функщоиальна залежшсть е реал1зашею направленого зв'язку типу "один до одного", багатозначна - двох направлених зв'язк1в типу "один до багатьох", транзитивна - двох направлених зв'язкгв типу "один до одного", взаемна - двох ненаправлених типу "один до багатьох" 1 т.д.

Шд структурною семантикою розумхеться такий спос1б побудови в1дношень бази даних, який випливае з 1снування на ньому залежиост! певного типу. Найчастше вживаним. структурним аспектом залежностей даних е форма бэзвтратних декомпозиц!й. Така декомпозиЩя, в свою чергу забезпечуеться структурою 1 вм1стом кортеж!в В1днош0ння. Тобуо м!ж природним I структурним факторами семантики залежностей 1снуе прямий зв'язок.

Анал1з природа залежностей даних, особливостей IX представления та 1нтерпретац1I дозволяв обгрунтувати ¡снування ряду формальнйх I природних аналога М1Ж поняттями залежностей в реляцгйних базах даних та знаниями, як! . дозволяють розглядати залежност1 як специф1чну форму знань.

1. Залежност1, як 1 знания описують узагальнен! як!сн1, процесуальн! 1 структуры! характеристики пввного класу об'ект1в.

2. Залежност] - ''ррктериз'чпть наявн!сть стШких природних зв'язк!в м1ж певнидаоб'ектами та IX атрибутами.

3. ЗалежностI даних мають семантику, яка в певних гатерпретащях може сприйматись як знания про процеси та форми, що п!дтримуються в баз1 даних.

4. Залежн!сть в реляцНШй баз1 даних несе 1нформад1ю про причинно-насл!дковий зв'язок М1Ж фактом !1 1снування та результатами, як! можуть бута отриман! на основ! застосування властивостей залежност!.

Пропонувться задавати 1нтерпретац1ю залежност! в релящйнШ баз1 даних тетрадою <йер,к,о Д>,

да йер - вираз залежност1 даних, к -область ¡нтерпретащ I виразу залежност! - в1дношвння .бази даних, о - множила правил побудови та обробки в1дношень, що спгвставляються даному виразов! залежност!, I - функц!я трансляцП, що в!дображае множину властивостей виразу залежност1 даного типу рй«р у множину о- правил обробки в1дношвння , на якому визначена залежн!сть.

Перел1Ч9Н1 фактори дозволяють в певних випадках розглядати 1 представяяти залежност! як специф!чну форму знвнь про лроблемну область, структуру бази даних, способи II побудови та використання.

Знания, утйорен! на основ! залежностей даних, мають ряд специф!чних рис, обумовлених проблемною областю, в як1й вони визначаються та застосовуються, способами продукування, методами ! формою представления.

В даному випадку об'ектом знань виступае реляцИна база даних ! II структурн! кошонента та особливостг. По в!дношешт до релящйно! Оази даних як об'екта знания, утворен! на основ! залежностей е 1нтенс!оналом, визначеним над даними. Таким чином, даний клас знань утворюе над об'ектом - базою даних релящйного типу - своер1дну надструктуру. яку будемо називати метазнаниями про релящйну базу даних, а базу знань, яку ВОНИ утвориють базою иетазнаш. реляц|йно! бази паних. Оск!льки сама база даних е 1нформащйною моделлю певно! проблемно! облает! реального св!ту, то метазнания , по в!днощенню до тако! проблемно! облает! е вторинними. як явище, що продукуеться об'ектом, який в свою чергу е пох1дним В1Д ¡итого.

Суб'ектом мзтазнань релящйно! бази даних е проектувалышш, Адм1н!стратор, користувач1 бази даних 1 програмш комилекси шдтримки та управлхння даними !нформац!йних систем. Спещфка знань випливае з в!дносин м1ж об'ектом та суб'ектами знань. В даному вицадку мае м!сце безпосередн1й вплив споживача на предметну область знань. Проектувальиики, Адм!н!стратор безпосередн. ^ормуючи

структуру, вгжги та обмеження для бази даних, впливають на зм!ст та форму п метазнань. Користувач в процес! робота, застосовуючи метазнания, виконуе над базою даних певн1 операнд, як! можуть вшшнута на дан1 та параметри бази даних в ц1лому. Така взаемод!я представляеться схемою:

об'ект энань * метазнания -> суб'вкти знань > об'вкт знань,

зг!дао з якою кожей суб'ект - споживач знань - через св1й вплив на предметну область 1 об'ект знань одночасно виступае в рол! джерела I продуцента знань.

Характерною особлив¡ста знань, утворених на основ! залежностей даних е спос1б продукування. На в1дм1ну в!д загальноприйнятих метод1в - навчання, експертиза, !ндуцтивний вив!д, розп!знавання образ1в, тощо, в робот1 для отримання спец!альних знань прогонувться застосувати !зоморфне перетворення певного прототипу до в!дпов!дно1 форми представления знань. Як прототип знань застосовуютьея залежност! даних в сукупност! з властивостями, якими вони волод!ють.

Запропонований п!дх1д до залежностей релящйно! бази даних як форми знань дае можливIсть перейти в1д чисто анал1тачного !х задтосування до створення бази метазнань релящйно! бази даних на основ! системи залежностей. База метазнань дозволяв використовувата властавост! залежностей даних безпосередньо у процесах управлитя та обробки релящйних баз даних. Знания, як! входятьдо база метазнань утворюлться на основ! залежностей у.в1дпов!дност! до !х семантики ! е системою факт!в та правил. Фактами е предиката залежностей даних виду йер(и1,и2,...,1М, де и1,иг,...,ип - шдмножини множили атрибут!в в1дношення. Шд правилами розум1еться формал!зований опис способ¡в побудови I обробки в1дношень бази даних у в|дпов1дност! 1з системою визначених на ¡шх обмежень. До них належать:

1) правила визоду тип¡в залежностей, як! визначен! на вгдноиеннях' бази даних И=Ш}, де Мк - наб!р акс!ом виводу залежностей типу к;

2) правила деномюзкци в1дношень ЗГ1ДН0 з внразами залежностей Р*={С*>, де XI* - схема декомпозиц!! втдношення згчдно з виразем залежностI типу к; '

3) МНОЖИНЭ загапьних формул залежностей р13НИХ ТИП}В - I(йер1 ) } ,

де 'Маерк) - загальна формула залежност! типу к; шд загальною формулою залежност! будемо розум!та структуру та сп!вв!дношення

елемент1В кортеулв вщюшення, на якому шдтримуеться залежн1сть заданого типу. ,

4) правила оновдення п! диошень ЗГ1ДНО 3 ВИМОГЭМИ ¡СНуВЭННЯ НЭ НИХ

залежностей р1знях тип¡в.

В четвертому роздШ розробляеться загальна структура бази метазнань реляцШкн бази даних, формат те способи комп'ютерного представления метазнань, утворених на основI залежностей даних, приндипи та схема застосування метазнань, постановка основних задач управлгння реляцШшми базами даних за допомогою метазнань.

База метазнань являв собою комп'ютерну реал1зацт вираз!в залежностей та IX властивостей у вигляд1 знань. Структура та вигляд бази метазнань визначаються особливостями середовища реал1зацп, однак функцюнальна структура не залежить в1д засоб1в реал1зац1I I включав так! компонента: базу факт1в, систему баз правил. База факт!в призначаеться дня збер!гання вираз1в конкретних залежностей, як1 шдтримуються на шдношошшх певно1 реляд1йно1 бази даних. База правил представляв навадг:н1 вище знания, ягЛ отриман1 на основ1 залежностей данах. Кожна компонента бази правил реал!зуе певну групу правил, яка описуе певн! процеси 1 способи застосування властивостей залежностей. Структурной под1л бази правил обумовлюеться р1зноман1тн1стю функщй 1 задач, як1 виршуються за допомогою залежностей даних, а також рдзними напрямками IX застосування. Модульний принцип побудови бази знань, дозволяв створити на и основI шдсистему з гнучкою структурою I конф1гурац1ёю, яка легко адаптуеться до ¡снуючих умов та вимог.

База метазнань включав до свого складу ДВ1 функдюнальН1 компоненти - с.пещальну I загальну. Спещальною компонентою - е база факт1в, що описуе конкретно предиката залежностей, якл шдтримуються на В1Дношеннях .бази даних. Загальна компонента складае базу правил, що визначаються для р^зних тишв залежностей даних 1 не пов'язаш 31 структу{юю В1Дношень бази даних. Пропонуеться викорис.товувати релящйний шдапд для побудови бази метазнань. Для цього розроблений формат внутршнього представления метазнань. Основн! принципа представления факт¡в е такими. Кожен вираз залежност1 розглядаеться як^група множин атрибут1в, а сл1ВВ1Дношення М1Ж цими миожинами визначаеться типом залежност!. Крг* .того суттевими показниками е Iм'я в1дношення та~1мена атрибут1в для яких визначаеться залежшсть.

Для представления залежностей одного в1дпош8шш бази даних будуеться одаэ в1дпэЕоши бази факт!в. Це дае можлившть орган1зовувати и за модульяим принципом. Для реаЩзаци запропонована наступна структура в1дношень бази фактов:

- 1д9нтиф1катгр виразу залежностi;

- 1донтиф1катор типу заложност!;

- номер елнменту залежиост!;

- атрибут*, ¡до входять в елемент залежность

Входженвд атрибута в пввну складову частицу залежяост1_ задаеться значениями "true" лог1чних елемзнт1В у в1дпов1даому кортежi. Вираз залежност! зображаеться множиною кортеясгв 1з сп{льним ¡дентиф!катором. В загалыюму випадку кхльк!сть В1Дношень як1 реал!зують базу факт1в в1дпов1дае к1Лькост1 вхдношень бази даних. KpiM дього Оудуеться в1днопшння в{даов1дност1 складових бази даних i бази факт1в.

База правил також реал1зуеться за реляШйнкм принципом. Атрибута кожного в1дношення база правил дгляться на' двг групи: група пбеилок (антэцендент) i група euchobkib (сукцедент). Програмно реал1зуеться кехавдзм трансляцп правил загалыгого виду в коякрепп вирази у в1дпов1дност{ з задашяя фактами залежностей дагагх.

Шдсистома-унравл1ння реляц!йною базов да!шх'за допомогою бази метазнапь на основ! залежностей виконуеться у вигляд1 в1дкритого програмно-1н$ормац1йного когилексу, який функцюнув в середовинЦ СУБД реляц1йного типу. Вккорлстання комплексу передбэчаеться шляхом включения окреких його компоненпв до складу 1нформац1йних систем, а також шляхом автопомного ззстосування на етапах проектування баз даних, розробки 1нформащйних систем, АРМ тощо. Функцтнально до складу шдсистеми входять:

- база гитазнань;

- засоби продукування та шдтримки знань на ochobi залежностей;

- засоби контролю коректност! вираз1в залежностей та знань;

- засоби шдтримкл семантичног та структурно! цШсяост1 бази даних за допомогою'метвзнань;

- засоби реал1зад1Х декомпозищйних та ежнтетичних властивостей залежностей даних.

Структурно подсистема реал1зуеться з врахуванням особливостей середовжца СУБД та загальних принцип1в запропонованого шдходу. Основними структурними елементами е база знань, побудована зг!дно

вимог та можливостей середовища СУБД, та наб1р програеяшх засоб1в. Программ, призначеш для реал1зац!!- певно! групи функц1й об'едяуються в штегрован1 програмш модул!. Кожен з цах модул1в являв собою функщонально зак!нчену одиницю I може вккористовуватись самост1йно сум1сн0 з базою знань. Ряд програмних модул¡в, що реал!зувть

ШДПОВ1ДН1 фуНКЦГЬ МОЖУТЬ ВИКОрИСТОВУВаТИСЬ В ЯКОСТ1 КОШОНВНТ1В

програмного забезпечення 1нформад!йних -систем. Засоби, як1 реал1зують функцп проектування передбачають автономне використання. Для цього до !х складу'включаються засоби управл1ння та д!алогового интерфейсу.

Основными фушаиями шдсиствг.л управл!ння данами на основ! залежностей е виршення наступних труп проблем:

1. Продукування та п1дтримка метазнань на основ! залежностей. Задач1 дано! групи призначаються для вводу, розп!знання, пошуку вираз1в залежностей та генерацп знань на !х основ!, п!дтримки ¿¡алогових режим1в вводу I актуал!зад!! знань, загального управл!ння базою метазнань.

2. Контроль коректност! знань, отриманих на основ! залежностей. Вир!шення задач- цього напряыку включав перев1рку в!дпов!дност! М1Ж залежностями та структурою в¿дношень, а також перев1рка протир¡ч.М1Ж ¡снуючими залежностями та виразами залежностей ! правилами !х використання.

3. Управл!ння процесами актуал1зац!!' баз даних на основ! властивостей залежностей. Задач! ц!е! групи призначаються для шдтримгси обмежень на в1дношеннях база даних,що визначаються системою залежностей. Реал¡зад¡я цих функщ'й передбачав виконання операц1й оновлення та доповнення за певними правилами та алгоритмами у в!дпов1дност! з задании комплексом вимог.

4. Задач! зм1ни структура бази дата передбачають розв'язання таких проблем як збереження цШсност! даних при розширенн! чи скороченш схеми в1дношення, модифшащя система залежностей бази даних, зшдно залежностей, що на шй п!дтримуються побудова нових структур, як! вишшвають з 1снуючих та 1н.

На основ! запропонованого методу з метою практично! апробацп та реал1зац!! поставлених виде задач автором розроблеш !нструментальш програмн! засоби управл!ння реляц1йною базою даних за допомогою метазнань на основ! залежностей.

Б шдсумковому роздШ формулюються основш результата досягнув в ггроцес! виконаш!я робота, висноеки, рекомендацп по практичному застосуванню.

В додатках до робота подаються:

- приклада реал1зацп бази метазнань р^ляц1йко1 бази даних;

- опис ¡пструментальних про1'рамних засоб1в упправлншя та шдтрямки баз даних релящйного типу за допомогою метазнань, утворених на основI залежностей даних;

- акти впровадження результат!в дисертащйно! роботи.

Основш результата роботи.

1. Проведений анал1з 1 вивчення проблеми застосування на практщ! тако! складово! релящйно! модел! бази даних як система обмзжень, зокрема, залежностей даних. Внасл1док в1дсутност1 ткдобних засоб1в в сучасних шформащйних системах та СУБД значно обмпжуютъея можливост1 баз даних релящйного типу, знижуетъея достов!ршсть та над1йшсть ¡нформаци, не гарантуеться цШсшсть данях, корекипстъ спроектованих структур, захжцошеть даши в1д аномалIй вставки/знищення.

2. 1снувч1 .метода та засоби представления та обробки залежностей в релящйних базах даних так1 як метод булевого перетворення, алгебра1чний метод, метода застосування лошки пераюго порядку I релящйних числень поряд з позитивними моментами маэть ряд недолппв, як1 функц1онально та предметно обмежують, а в багатьох випадках унеможливлюють, можливост1 !х практичного застосування. Це так1 недол1ки як недостатня загальшеть по в1дношенню до р1зних тип!в даних, обмежене коло задач, як! виршуються в рамках методу, складшсть та гром!здк!сть реал1заЩ1, в!дсутн1сть належних ¡нструментальних засоб!в для практичного вт1лення.

3. В робот1 виконаний анал1з та досапдження. природа, семантики та структурних особливостей залежностей в релящйних базах даних, що дало, можлив1сть обгрунтувати теоретичн! основи методики представления залежностей як форми знань, визначити способи I шляхи IX утворення, сформулювати особливост! знань, отриманих на основ1 залежностей дэних, розробити мехашзм, алгоритми та процедури переходу В1Д звичайно! форми залежностей даних до форми

представления знань. Введене поняття метазнань релящйнсн бази дашн як знань про структуру, особливост1, метода проектувашш i обробки в!дношень релящйшн бази даних отримэних на основ1 залежностей.

4. Защюпонована нестандартна штериретащя залежностей даних як форми знань,1' яка полягае у формулшаши B.npasiB залежностей як деякого щтенстналу над даними, цо в певною штегрованою iH$opMauiea. Така форма представления залежностей включав до свого складу не т1льки вираз залежностi даних певного типу, а й множкну правил, пов'язаних з цим типом залежностей, область та функцП штэрпретащ i правил на конкретному в1дношещп бази даних. Такий шдх!Д до залежностей даних дозволяв пов'язати ' fx загальш властивост1 13 способами i процедурами обробки в1дношень.

5. Розроблена загальна структура .та формат представления залежностей як метазнань релящйши бази даних Ь середовищ1 СУБД релящйного типу. Запропонована структура може використовуватись як дистрибутивна оболонка бази метазнань i настронзвчтись на конкретш застосування в шформащйних системах та -автоматизованих робочнх М1сцлх на персоиальних ЕОМ. В рамках запропонованих форкзт1в розроблеш структура представления правил для найбьчьа широко ккиваних тип ¡в залежностей даних. •

6. Виконана постановка та розробка загально! структура комплекс iB задач управл!ння та обробки баз даних релящйного типу за допомогою метазнань на основi залежностей- данпх. Зокрема визначеш так1 ochobhi комплекси задач: ■

- продукування та шдтримка знань на основ i залежностей в релящйшй 6a3i даних;

- контроль коректност! метазнань реляц1йно1 бази даних;

- забезпечення цШсност1 бази даних при оновленш;

- декомпозтЦя та синтез в1Дношень бази даних допомогою метазнань.

В рамках визначених комшюкс1в задач специф1кован! процедури i . програмн! одинищ, що реал1зують ocHOBHi функцн управл1ння та обробки реляц1йних баз даних.

7. Розроблеш метода, алгоритми i програмш та 1нформац1йн1 засоби апробован1 на практищ i можуть бут1' ви'ористаш в практичних розробках автоматизованих робочих м!сць, 1нформац1йних систем та технолог Ш, як1 використовують бази даних релящйного , типу на персональних ЕОМ cyMicmix з IBM PC та середовище dBaae-cyMiCHHX

Результата, отрамяш в npoueci виконання робота пропонуеться використовувата в трьох основных напрямках:

- в на у ко во-досл i дних розробках по проблематищ проектування та викорисТання релящйних баз даних;

- в промисл^вих розробках автоматизованих робочих м1сць, шформащйнм систем, засоб1В адмппстрування баз даних на основ! персональных ЕС',! та В1ДП0В1Д1ШХ СУБД;

- в навчальному npoueci для вивчення окремих роздШв, лабораторних та практичних занять з курс ¡в "База даних та знань", 'Чнтелектуалып шформащйш системи", "Система управления базами даних", i т.п.

Основн! . результата, отримаш в npoueci виконання робота опубЛ1коваш у виданнях:

1. Берко A.D., Ковальчук Л.Е., Шумков D.M. Базы данных неразрушающего контроля. Контрольно-измерительная техника: респ. сб. МЗ, Львов, 1983.- с.44-47.

2. Берко A.D. Автоматизированное рабочее место руководителя на базе СМ ЭВМ. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции "Управление большим городом". М.:НПО АСУ-Москва, 1989.- с.110-112.

3. .Берко A.B., Пасичник В.В. Применение знаний, в проектировании реляционных баз'данных. Conlerence on Intelligent Control Systems, Sept.26-0ct.2, 1989, Varna, Bulgaria, Vol.2,- pp.362-368.

4. Берко A.D. Зависи».50сти в реляционных базах данных и возможность представления знаний. Вестник Львовского политехнического института » 248, Львов, 1990.- с.11-14.

5. Берко A.D., Пас1чник В.В. Метода визначення залежностей в реляцШшх базах даних. В ¡сник Льв1вського пол1техн1чного ¡нституту № 257, JbBÎB, 1991.- с.12-14.

G. Берко A.D., Пасичник В.В. Обобщенный подход к зависимостям в реляционных базах данных. Проблемы информатики-города: Сб. научных трудов / под. ред. Дробышева D.n.- Киев, Наукова'думка, 1991.-с.248-258.

7. РеляцШп модел1 баз даних: Звтт по НДР (заверш.) / ЛП1; Kepi вник Пас1чник В.В. - № 01880057829.-Льв1в, 1990.-327 с. -В1ДП.викон Берко A.D. та iH.'

8. Розробка влэменПв автоматизовано! система обробки баз даних та знааь реляцКЬюго типу на основ! 'персоналышх ЕОЫ профес1йного класу: Зв1т по НДР (заверш.) / ЛШ; кер1вник Пас1чник В.В. - Л 01890057488. v -Лъв1в, 1S91.-320 с. -В1дп.викон Берко A.D. та tu.

9. Створення програмно-математичного комплексу розшрення функц1ональних мбжливостей систем баз даних i знакь реляцШного типу на основ! апарату нетрадиц1йних лог1к: 3bit-по НДР (заверш.) / ЛШ; кер!вник Паучник B.B. - JS 01Э1СЮ41765. - Льв1в, 19^1.-257 с. -В1ДП.викон Берко A.D. та 1н.

Шдп. до друку л.оэ.дз . форма! бОхв^/Чб. „ Ilanip друк. te ¿г» Друк. офс. Умовн.друк.арк. Уновн.фарб.-в1дО. i.tS. Обл.-вид.арк. Тирад 1оо прим. Зам. . Бездлатно

_ЛШ 290646 Льв{в-13. Ст.Банде пи. 12

Дгльниця оперативного друку ЛП1 Льв1в, вул. Городоцька 286