автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Модели и методы повышения эффективности коммуникаций в информационных системах, ориентированных на дистанционное обучение и научные исследования

На правах рукописи

РГ5 ОД

о

/

/¿/БЕССОНОВ Алексей Борисович

Модели и методы повышения эффективности коммуникаций в информационных системах, ориентированных на дистанционное обучение и научные исследования

Специальность 05.13.16-Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Автореферат

Екатеринбург 2000

Работа выполнена на кафедре «Менеджмента и внешнеэкономичеа деятельности предприятия» Уральской государственной лесотехнической а демии.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, действите ный член Академии инженерных наук РФ, Ака мии естественных наук РФ Часовских В.П. Официальные оппоненты: доктор технических наук, действительный чд

Академии инженерных наук РФ Доросинский Л.] кандидат технических наук, доцент Вернов Н.И.

Ведущая организация: Уральский государственный экономический университет

Защита состоится « 27 » декабря 2000г. в 15 часов в аудитории Р^ на заседании диссертационного Совета К.063.14.13 Уральского государств ного технического университета (620002, Екатеринбург, УГТУ, РТФ, ул. М1 32).

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 6200 Екатеринбург, ул. Мира 19, Ученый совет Уральского государственного т нического университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ. Автореферат разослан « 22 » ноября 2000г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат технических наук

В.А. Морозова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Информационные системы стали неогь-шемой частью существования современпого общества, и влияние информа-юнных технологий на все сферы деятельности человека быстро растет. Сис-мы баз данных и их коммуникационные процессы представляет ядро, дви-лцую силу любой информационной системы. Б настоящее время большое спространение получило дистанционное обучение, как одна из разновидно-ей информационных систем. Для системы дистанционного обучения (СДО) рактерно следующее:

> использование технологии баз данных;

> наличие достаточно сложной системы организации хранения данных во внешней памяти;

• использование механизмов, реализующих поддержку ссылок из одних информационных блоков в другие, и разрешающих пользователю напрямую взаимодействовать с этими информационными блоками и устанавливать новые связи между ними;

> низкая эффективность коммуникационных процессов.

Аналогичные особенности и проблемы возникают в информационных стемах для исследования уровня связанного углерода в древесине для за-нной территории.

Вопросы повышения эффективности коммуникационных процессов в формационных системах для дистанционного обучения и научных исследо-1ИЙ уровня связанного углерода являются актуальными.

Проблема, которой посвящено диссертационное исследование, много-тектная и решалась в течение разных лет многими учеными и специалисга-. В частности, проблематика организации эффективных коммуникаций в формационных системах исследовалась Мартином Дж. (Martin J.), Дейтом (Date С.), Тиори Т. (Теогеу Т.), Фрайем Дж. (Fry J.), Люмом В. (Lum V.), ддом M. (Dodd M.), вопросы гипертекстового моделирования - Ованесбеко-м Л.Г., Конклином Дж. (Conklin J.), Шашем Д. (Shasha D.), вопросы органи-

зации ДО исследовались как отечественными авторами - Нежуриной М.И., Молчановой О.П., Школяр H.A., Вернадским А.М., Кревским А.Г., Но-ренковым И.П. так и зарубежными Лоингом Б. (Loing В.), Хейткампом Т. (Heitkamp Th.), Куллен М. (CuIIen М.), вопросы построения информационных систем для исследования уровня связанного углерода рассматривались Луганским H.A., Сальниковым A.A.

Однако, не все аспекты данной проблемы в настоящее время достаточно изучены, что вызывает необходимость их дальнейшей углубленной проработки и исследований. Все это и послужило основанием выборы темы исследования.

Целью диссертационного исследования является разработка моделей, методов и программного обеспечения для повышения эффективности коммуникаций в информационных системах, ориентированных на дистанционное обучение и информационных систем исследования связанного углерода.

В диссертации были решены следующие задачи:

1. Исследована применимость СУБД для реализации гипертекстовых информационных систем.

2. Разработана модель, методы организации и структуры хранения данных, обеспечивающие более эффективные коммуникационные процессы в информационных системах.

3. Разработан метод физической адресации данных, сокращающий время поиска и извлечения информации в предлагаемой информационной модели.

4. Разработано программное обеспечение в среде С++ и Natural ADABAS для СДО с использованием гипертекстовой информационной модели.

5. Проведена адаптация информационно-программных составляющих для информационных систем исследования уровня связанного углерода в древесине.

6. Разработанная система внедрена в учебный процесс и НИР Уральской государственной лесотехнической академии (УГЛТА).

Объект исследования: программное и информационное обеспечение для организации информационных систем СДО и НИР в УГЛТА.

Предметом исследования: теоретические, методологические и актические вопросы обеспечения эффективных коммуникационных процес-з в информационных системах ориентированных на реализацию дистанци-ного обучения и исследования связанного углерода..

Используемые методы. Теоретической и методологической основой ссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежье ученых по проблемам организации дистанционного обучения, гипертек-)вых систем, моделям данных, организации баз данных, методам хеширова-я и функций подстановок. Были также использованы законодательные акты, структивно-методические документы, нормативные документы всех уров-л управления. Решение поставленных в работе задач осуществлялось с пользованием системного подхода, методов статистического анализа.

Научная новизна полученных результатов сводится к следующему: предложена модель гипертекстовой информационной системы дистанционного обучения;

впервые разработана модель представления данных обучающей системы ДО; преимуществом данной модели является универсальность самих данных, т.к. компоненты и связи между ними изначально разделены в различные сущности;

разработан алгоритм произвольного доступа к данным; модель информационно-программной среды СДО реализована средствами промышленной СУБД ADABAS;

разработано программное обеспечение в средах С++ и Natural для организации эффективных коммуникаций СДО;

предложена более эффективная информационно-программная среда для хранения и обработки статистической информации об уровне содержания углерода в лесных массивах.

Практическая значимость результатов исследования заключается в 1, что предлагаемые в диссертационном исследовании модели и методы, ¡воляют создавать информационные системы широкого спектра примене-

ния, как в образовательной, так и в научной, производственной сферах деятельности человека. Модели и методы, основанные на гипертекстовом представлении информации, раздельном хранении данных и их свойств реализуются средствами СУБД и обеспечивают эффективные коммуникационные процессы внутри системы.

Реализация результатов работы. Проведенное исследование, позволило предложить модели и методы создания информационных гипертекстовых систем, разработать информационно-программную среду системы дистанционного обучения УГЛТА средствами СУБД АОАВАБ, эффективней проводить научные исследования по НИР слабоструктурированных систем. Результаты научных исследований, выполненных в диссертационной работе, используются не только в СДО и научных исследованиях УГЛТА, а также в проектных реализациях автоматизированных систем управления промышленными предприятиями уральского региона: Федеральном государственном унитарном предприятии «Вектор», Муниципальном унитарном предприятии «Производственный жилищно-ремонтный трест» г.Качканар, Ремонтно-строительном тресте Тюментрансгаза «Югорскремстройгаз» г.Югорск, в корпоративных информационных системах Югорского филиала «Газпромбанка», г.Югорск, отделении №7892 Сбербанка РФ, г.Советский.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и получили одобрение на Областных научно-технических конференциях «Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса» (г. Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1995, март 1997гг.), на Научно-практическом семинаре «Применение баз данных» (г.Пенза, Пенз.ГТУ, ноябрь 1997г.), на Международной научно-методической конференции «Формирование профессиональных образовательных программ: проблемы, задачи, реализация» (г.Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1998г.), на Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (г.Новосибирск, НИИ математико-информационных основ обучения НГУ, март 1998г.), на Всероссийском семинаре по дистанционному обучению «Организация дистанционного обучения в учебных заведе-

ниях и на предприятиях» (г.Москва, Агентство «Интеллектуальные ресур-> и Ассоциация международного образования, июнь 1998г.), на Всероссий-й научно-методической конференции «Телематика'98» (г.Санкт-Петербург, публиканский научный центр компьютерных телекоммуникационных се-высшей школы, июнь 1998г.), на Международной научно-технической ференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного тлекса» (г.Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1999г.).

Автор принимал участие в 3* научно-исследовательских работах, по-щенных проблематике слабоструктурированных объектов, по заказу Ми-терства образования РФ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в 5 в соавторстве и 3 самостоятельно.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Модель данных информационной системы.

2. Метод адресации данных.

3. Программное обеспечение реализации моделей и методов СДО.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из

дения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа ючает 151 страницу машинописного текста, 20 рисунков, 20 таблиц, 7 шожений. Библиографический список содержит 100 названий.

Тема диссертационного исследования соответствует паспорту специ-ности 05.13.16 «Применение вычислительной техники, математического мелирования и математических методов в научных исследованиях (отрас-I наук)».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Состояние вопроса, обзор литературы и постановка овных задач диссертационной работы» проведены обзор образовательных шформационных образовательных технологий дистанционного обучения; >бщен опыт создания систем СДО в российских вузах по различным на-1влениям подготовки специалистов. Особое внимание при анализе уделя-

лось технологиям хранения и обработки образовательной информации, программным средствам СУБД, применяемых на практике при реализации СДО в ВУЗах.

Применяемые в ДО информационные технологии можно разделить на 3 группы: технологии представления образовательной информации, передачи образовательной информации; хранения и обработки образовательной информации (используются системы управления файлами; системы управления базами данных).

Спектр применяемых СУБД для организации ДО достаточно широк. И зависит в основном от доступности СУБД для ВУЗа, наличием современных вычислительных средств и выбранной технологии реализации дистанционногс обучения в высшем учебном заведении (рис. 1).

!ВОгас1е5<Х

Бегуег НЬоШэ Шее

опадаем

□ 1ВМ 0В2 !

Рис.1. Применяемые СУБД, для создания информационной системы ДО.

На основе анализа опыта создания СДО в российских высших учебны; заведениях, требований предъявляемым к системам дистанционного обучения технологий представления, передачи и хранения образовательной информацш и обзора литературы были сформулированы цель и задачи диссертационноп исследования.

Во второй главе «Обоснование выбора СУБД для реализации систе мы дистанционного обучения» на основе анализа существующего опыта соз дания систем ДО и анализа тенденций развития СДО в зарубежных странах предложены для УГЛТА с учетом специфики организации учебного процесс по специальностям в филиалах: модель организации СДО, набор технологи: СДО, программное обеспечение СУБД для реализации системы.

Сформулированы требования и критерии применимости моделей ^ормационных систем. Предложены наиболее существенные требования к ЪД, используемой для моделирования информационных систем. Проведен шиз СУБД, применяемых для реализации информационных систем ДО. исаны модели и типы данных, особенности организации ядра СУБД )АВАБ и их использование для обеспечения эффективных алгоритмов ма-пулирования данными в С ДО.

Выделены задачи, решаемые при помощи средств СУБД в системе ДО щемии.

Таким образом, в главе 2 решена задача 1 диссертационного исследо-1ия, а именно исследована применимость СУБД, для реализации гипертек-)вых информационных систем и проведен анализ информационной среды ) ВУЗа.

Третья глава «Модель СДО, методы организации, структуры хране-я» посвящена решению 2 задачи диссертационного исследования. В данной ше осуществляется построение модели гипертекстовой системы для учебно-формационной среды СДО, разрабатывается модель данных. Описываются зуктуры хранения данных информационной модели.

С точки зрения функциональных возможностей выделяются следую-¡е основные свойства гипертекстовой модели СДО: иерархичность; сетевые ллки; типы ссылок; атрибуты; добавление внешних процедур; поиск строки; :огопользовательский режим и т.д.

Определяются типы и назначения ссылок. Описываются отличитель-[е особенности реализации референтных и организационных ссылок в ин-■рмациошюй модели СДО.

Рассмотрены отличия предлагаемой гипертекстовой модели от модели нантической сети. Для гипертекстовой модели рассматриваются и предла-отся технические решения проблем дезориентации и мыслительной пере-узки обучаемого.

С учетом требований, предъявляемых к учебным курсам, и особенностей выбранных технологий предлагается следующая модель представления данных ДО и выделяются следующие базовые компоненты:

•информационная составляющая - содержит непосредственно учебный материал в виде:

•модуль - отдельная программа, реализующая как тесты, так и упражнения; некоторые диалоговые модули могут быть реализованы средствами СУБД; •раздел - структурная компонента; отражает некоторую логически законченную часть учебного материала; может состоять из других разделов, информационных составляющих, модулей;

•учебный курс - состоит из разделов, модулей, информационных составляющих;

•набор учебных курсов - объединение курсов по некоторой дисциплине.

Все вышеперечисленные компоненты связываются между собой тремя ориентированными графами: •Граф иерархической структуры. Дерево, задающее иерархическую зависимость между компонентами. Листьями дерева служат составляющие компоненты информационные составляющие и модули.

•Граф отношений очередности - задает порядок следования компонент на одном уровне иерархии в соответствии с графом иерархической структуры. Здесь могут быть заданы веса и ветвления.

•Граф логической зависимости - задает связи между компонентами. Ребрам могут быть прописаны веса, отражающие степень зависимости.

Такое разбиение на компоненты и использование графов для указания взаимосвязей между компонентами позволяет структурировать информацию и разместить ее в СУБД, затем извлекать то, что необходимо, и выдавать обучаемому в виде гипертекста, оформленного при помощи языка разметки гипертекстовых страниц HTML.

Одним из преимуществ данной модели является универсальность самих данных. Это достигается за счет того, что компоненты и связи между ними изначально разделены в различные сущности. Информационные состав-

ляющие, модули, разделы существуют независимо друг от друга, хранятся БД и могут быть использованы многократно для организации различных урсов. При этом связи задаются отдельно при помощи графов.

Таким образом, предлагаемая модель, с одной стороны, легко реализу-гся средствами выбранных технологий, а с другой - позволяет удовлетворить эебованиям к инструментальной системе поддержке учебных курсов.

Описываются информационные блоки: "ИНФОРМАЦИОННАЯ СО-ТАВЛЯЮЩАЯ", "РАЗДЕЛ", "УЧЕБНЫЙ КУРС", "ИЕРАРХИЯ", ЭЧЕРЕДНОСТЬ", "ЗАВИСИМОСТЬ", "ТЕКУЩАЯ УСПЕВАЕМОСТЬ".

Информационная модель гипертекстовой обучающей системы ДО ака-гмии представляется в виде графа (рис.2). Вершинами графа являются струк-фные компоненты (узлы): учебный курс, раздел, информационная состав-зющая. Дуги, соединяющие узлы представляют собой референтные и органи-щионные ссылки.

и с. 2. Информационная модель гипертекстовой обучающей системы ДО.

Для реализации предложенной концепции гипертекстовой модели оп-делена модель данных СДО. Предлагается и исследуется один из возмож-.IX подходов организации хранения и поиска информации в базе данных (БД) ЦО.

Рассматривается три множества Т*, Б*, Н* такие, что множество О* ть гомоморфный образ множества Т*. При отображении Б и множество Б*

есть гомоморфный образ множества Н* при отображении Б. Задаются отношение эквивалентности V, определяемое в множестве Т* отображением Б : Р(Ь)=Р(ц) (Ь, q б Т*) и отношение эквивалентности определяемое в множестве Н* отображением Б : Б(х)=$(у) (х, у € Н*). Классы эквивалентности в Т* и Н* образуются множеством элементов, имеющих, один и тот же образ в О*. Отношение V совместимо с любым внутренним бинарным законом композиции, заданным на Т*. Действительно, пусть Ьь Ь2„ дь Яг е Т* такие, что Ь!нЬ2(тос1 V), Я12я2(тос1 У), или Р(Ь!)=Р(Ь2)=вь тогда

Ь1+д1=Ь2+92(тос1 V), так как по определению гомоморфизма Р(Ь^))=Р(К1)+Р^1^1^2Н3(112)хР^2)=Р(1^2), где 4- и * внутренние бинарные законы композиции, заданные на Т* и Б* соответственно. Таким образом, соответствие между элементами Т*/У и элементами множества Б* биективно (Т*/\' - фактормножество множества Т* по V).

Соответствие между отображениями Б н Р определяется следующим выражением:

V(heT)Э(deD!Ц)[S'IF(h)={x|xeH*}]ЛV(xeH*)3(d€D*)[F"1S(x)={h|heT*}].

Таким образом, Р гомоморфизм Т* в Б*, Б"1 гомоморфизм О* в Н*, а гомоморфизм Т* в Н* и множество Т*/У изоморфно множеству Р*, а множество Б* изоморфно множеству Н*/С).

Определяются операции, образующую алгебру, порожденную состоянием базы данных.

На каждом множестве Т*, Б*, Н* определяются внутренний бинарный закон композиции - умножение, эквивалентности цепочек. При этом предполагается. Что в каждом множестве Т, О, Н есть непустые множества, из элементов которых образованы все остальные элементы.

Вводится понятие формальной системы на базовом множестве Н кар любое подмножество свободной полугруппы в, образующими которой являются элементы множества Н. Формальная система обозначается буквой Ь. Нг определены теоретико-множественные операции объединения и пересечения разности.

Определяется умножение Ь] и Ь2 как операция, ставящая им в со-гветствие Ь={аф|аеЫ, феЬ2} Так определенное умножение ассоциативно, е коммутативно и дистрибутивно относительно объединения, т.е. (Г^иТ^ЬЬ^ЬЬг; (Ъ1иЬ2)Ь=Т|Ьи1,2Ь и не совпадает с декартовым произ-гдением.

Подстановку символов вместо символов Ьь ... }1п системы Ь, систем . определим как операцию, сопоставляющую Ь на базовом множестве [={Ь|, ..., ¡1„} и Ь], ... Ьп на базовых множествах Нь ..., Нп соответственно, педующую систему на базовом множестве Ь^и ... иН„

Ь'и{аД ... аас|Ь;1 е Ь, аи е Ьп,... ,а1к 6 Ь1к}

где Ь'={е}, если ееЬ и Ь'=0, если еёЬ.

Вводится в рассмотрение система представителей отношения эквива-ентности I на множестве О*, которая содержит по одному и только по одно-у элементу из каждого класса эквивалентности, систему представителей от-ошения эквивалентности I обозначается как Г.

Вводится понятие отношения как множество Ус;Т*, если выполняется ледующее выражение: \/(аеУ) [Т(сс)=у, уеЦГЯ)]. Множество V можно поучить, зная Т*, Б* и Б.

Цепочку (ЗеН* предлагается называть схемой отношения V, если /(ссеУ) [Т(а)=у Л 5-1(у)=|3, уеЦГЯ), реН*].

Множество Н'={У|У - отношение, УеТ*} будем называть базой дан-ых, а множество схем, определяющих базу данных - схемой базы данных.

Введенные выше определения позволяют рассматривать базу данных ак формально-логический объект. .

. Каждое отношение базы можно рассматривать как таблицу. Элемен-ы, образующие схему отношения, можно рассматривать как названия столбов таблицы. Элемент отношения представляет строку таблицы, и в ней не бу-ет двух одинаковых строк. Далее составляющие элементы схемы отношения удем называть селекторами, и обозначать буквой Н с индексом. Схему будем

обозначать буквой V с индексами или без индексов, а если хотим указат: селекторы, то У(Н(Н2 ... НО или У^с^ ... с1„). Соответствие между Н, и с обеспечивается отображением Б. Отношение будем обозначать буквой Н с ин дексом или без индекса с указанием в скобках отображения Б и схемы, т.е. 1 виде Н^.У).

Введена операция умножение двух схем У^ .. Н)) и У)(Н( .. Нк) кш операция, результатом которой является схема Уц(Н1 ... Н( Н, ... Нк) пр! 1+к<п. Любое подмножество отношения Н предлагается называть состоянием отношения и обозначать Н'.

Над состояниями отношений определены теоретико-множественньк операции, если эти состояния одного и того же отношения.

Определена операция, позволяющая выделять какую-то часть состоя ния отношения по селекторам. Записываем эту операцию следующим образол Н[*Н\(Т, У,(Н, ... Н„)) = Н'ДБ, ВД))-

Применение этой операции к экземпляру схемы позволяет выделит] элементы, принадлежащие Т*, т.е. Н1.а=Ьь Н2.а=Ь2, ..., Н„.а=}1п, гд< а=Ь|Ь2. ..Ь„ - цепочка, 1ц -элементы.

Проекцией состояния отношения ЩБ.У;) на подсистему схемы V будем называть состояние отношения Н'^Р, У^иу.сср где у=Н)Н2 ... Нк; Н, -селекторы подсхемы V,; щ - экземпляры схемы и иа^Н',(Р,У)).

Таким образом, проекция Н',(Р, V]) на подсхему V, схемы VI - таблица в которой нет повторяющихся строк, а значения строк образованы из Н',(р, V, с помощью схемы У^.

Определив операцию проекции, мы получили возможность строить не который класс состояний отношений.

Данная алгебра позволяет осуществлять различные виды обработки БД представленной в виде формальной системы Определенные операции образу ют алгебру, порожденную состоянием базы данных. На физическом уровне ] конкретной реализации такая модель данных представляется в виде двух фи зически не совпадающих пространств. В первом - ассоциаторе данных, хра

нятся свойства модели данных и связи. Во втором, хранятся записи, объе-иненные по типам.

В основу повышения эффективности коммуникаций в СДО за счет иенынения времени поиска, и извлечения нужных записей из базы данных оложено следующее:

1. концентрация в ассоциаторе всех свойств и связей структур БД позволит в некоторых случаях формировать ответ на запрос без обращения в область хранения;

2. динамическое определение элемента в виде дескриптора позволит резко сократить время поиска записей;

3. отображение свойств элементов, являющихся дескрипторами, в специальным образом упорядоченную матрицу связей;

4. в модели данных выделяется подмножество, содержащее как все экземпляры схемы отношения, так и всевозможные подцепочки каждого экземпляра; такое подмножество специальным образом упорядочивается для оптимизации поиска экземпляров отношения, удовлетворяющих некоторой высказывательной функции или критерию поиска.

Рассмотрим два домена И={ЬьП2} и СМЦъЧг}- Элементы каждого тожества упорядочены, пустой элемент 0 расположен последним. Порядок I множествах Н и С) задан схемой отношения У(Н<3), тогда все возможные писи отношения можно представить в виде табл.1.

Таблица 1

Записи отношения V

1 2 3

. 1 М1 1*241 И

2 Мг

3 Ь] Ьг 0

Существенным свойством такой таблицы является то, что номер строки рвого операнда однозначно определяет номер столбца, где расположен вто-|й операнд операции умножения, а это в случае поиска информации приво-[т к сокращению времени поиска записей. Общее правило табличного пред-

ставления результатов умножения конечного числа доменов: произведение элементов си и а2, стоящих на местах (у) и (кД), должно находится на месте (ко).

Основные положения предлагаемого подхода будем рассматривать на примере следующей базы данных. Пусть даны четыре упорядоченных множества Н, О, А, О такие, что:

Н={Ьь Ь2, Ь3},0={яь 42, Чз}, А={аь а2, а3}, ё2,

Схема отношения У(НОАЕ)) определяет порядок на доменах Н, О, А, Б. Конкретное значение отношения V представлено в табл.2.

Таблица 2

Значенне отношения V со схемой У(ЮЗАБ)

Номер записи Значение записи Номер записи Значение записи

1 7 ЬзЯга^г

2 Ыя^с)! 8 ЬзЧ1аз<12

3 9

4 10 Ь^азсЦ

5 ЬзЧ^зсЬ 11

6 Ь3<52М| 12

Используем раздельное представление связей и значений элементов. Связи элементов будем рассматривать как упорядоченные последовательности целых чисел. Тогда отношение V (табл.2) будет однозначно представляться множествами Н, О, А, О и табл.3.

Используя упорядоченные значения VI из табл.2 и выше сформулированные ограничения, построим таблицу умножения.

Предположим, что необходимо найти все записи, содержащие Ьь зная, как упорядочены домены и элементы внутри доменов Н, О, А, Б, определяем, что Ь1 соответствует порядковый номер 1.

Недостатком таблицы умножения является ее большой размер. Однако эту таблицу нет необходимости хранить в ассоциаторе, достаточно зафиксировать и хранить ее обобщенные свойства. Для этого предлагаются следующие указатели Жи \У4, обеспечивающие представление этих свойств.

Таблица 3

Отображение отношения V в VI

Не упорядоченное Упорядоченное

Значение ИСН VI: НПП Значение ИСН

1113 1 1 1111 2

1111 2 2 1113 1

113 1 3 ч J 1114 9

1133 4 4 1 124 11

3 13 1 5 5 113 1 3

32 11 б 6 1133 4

3212 7 7 1 1 34 10

3 132 8 8 3 13 1 5

1114 9 9 3 132 8

1134 10 10 3 2 11 б

1 124 11 11 3 2 12 7

3 2 13 12 12 3 2 13 12

где ИСН - индивидуальный системный номер записи или ключ записи; НПП - номер по порядку.

Алгоритм IV¡. Выполняется просмотр строк первого столбца таблицы «гонения. Если в ]-й строке расположено а;, в }-й строке второго столбца газателя V/] располагаются номера первой и последней записей в упорядо-:нном отношении VI, где а; является первым операндом (или левой частью).

Алгоритм Выполняется просмотр элементов доменов отношения V соответствии со схемой отношения V.

Для ¡-го домена заполняется 1-ая строка указателя 'У/г. Для каждого [ачения принадлежащего 1-му домену, выполняется просмотр первого •олбца таблицы умножения. На (у)-м месте указателя помещается номер роки первого столбца таблицы умножения, в которой первый раз встречает-[ второй операнд умножения (или первая часть), оканчивающийся ]-м эле-;нтом 1-го домена. Последний элемент каждой строки W2 равен номеру стро-I первого столбца таблицы умножения, следующей за последним операндом, санчивающимся последним значением ¡-го домена.

Алгоритм 3. Просматриваются столбцы, начиная со второго, таблицы .шожения отношения V. Для каждого столбца формируется список пар чи-:л, образующих таблицу Каждая пара указывает номер первой и послед-

ней строки, оканчивающихся одинаковыми значениями. Разбиение списк; пар чисел, представленных в виде таблицы W31, осуществляется элементам] таблицы W32. i-ая строка \V32 характеризует i-й столбец таблицы умножения i указывает начало списка для i-ro столбца, а i+1-й элемент будет указыват! окончание этого списка.

Алгоритм W4. Выполняется просмотр i-ro столбца таблицы умноженю отношения V и вычисляются W4(i,l), как номер строки первого столбца таб лицы умножения, где первый раз встретилось значение i-ro домена. W4(i,2 есть количество значений всех доменов за i-м, согласно схеме отношения V т.е. |>7.

j-j* 1

где mj - количество элементов в j-м домене W4(i,3)=\V4(i-l,3)+W4(i-l,2).(W4(i,l)-W4(i-l,l» для i>l W4(n,3)=0 для i=n W4(i,4)=0, для i=l W4(i,4)=W4(i-l,4)+m,,1 Указатели Wb W2, W3, \V4 однозначно определяют таблицу умножения следовательно, в ассоциаторе данных достаточно хранить только их.

Указатели являются улучшением метода инвертированного файла, чтс позволяет повысить эффективность коммуникаций в БД СДО (табл.4). В главе достигнуты следующие результаты:

1. Предложена гипертекстовая модель СДО.

2. Разработана модель данных.

3. Описана структура хранения данных СДО.

В четвертой главе «Метод адресации данных в информационной мо дели СДО» решена 3 задача диссертационного исследования: разработка ме тода адресации данных в информационной модели СДО с использованиеь средств СУБД ADABAS.

При реализации на практике информационной модели обучающей ги пертекстовой системы возникает проблема выбора оптимального алгоритм! взаимосвязи узлов гипертекста (вершин графа), описывающих гипертексгово<

наполнение обучающей системы, и областью хранения данных в СУБД )АВА8.

Для решения поставленной проблемы задача хеширования рассматри-:тся как задача избыточного кодирования. Задача оптимального (в смысле ничества генерируемых записей с совпадающими адресами) выбора функ-й расстановки п-разрядного ключа в т-разряцный адрес может быть сведена ;адаче выбора метода контроля с т избыточными разрядами, обеспечиваго-:го максимальное обнаружение многократных ошибок в п-разрядном слове.

Предлагаемое выражение для функции хеширования, применяемой в формационной модели обучающей гипертекстовой системы, можно запить в виде:

+ И)

где

^ - значение_/-го разряда,

а,- - значение г'-го разряда ключа,

/у - преобразование, применяемое к ¿-ому разряду ключа при формировании ./'-горазряда адреса, 1=1,2,... п;/=1,2, ... т.

Табличное представление преобразований, позволяет достаточно быст-выполнять вычисление ключа, а использование метода цепочек для устранил коллизий позволяет получить новую функцию хеширования, парамет-[, которой можно динамически изменять в процессе накопления статистиче-эй информации о распределении ключей. Кроме того, количество исполь-;мых преобразований практически не ограничено.

Для того, чтобы все значения п-разрядного ключа были равномерно определены функцией хеширования во все т-разрядные значения адреса, обходимо, чтобы кодовое расстояние в множестве кодов из п разрядов ин-рмационной и ш разрядов контрольной частей было не менее двух.

Проводится анализ преобразований /у функции хеширования и выво-гся следствия, позволяющие равномерно распределить значения п-зрядного ключа в т-разрядный адрес.

Приводится сравнительный пример реализации распространенног

метода хеширования с делением по модулю и предлагаемой функции хеширс

вания (1) на следующем распределении значений ключа. Пусть ключ ripe¿

ставляет собой двухлризначный классификационный код, описывающий дв

различных свойства одного объекта. Пусть значения элемента А изменяются

диапазоне 0, 1,..., 9, азначения элементаВ - в диапазоне 0, 1,60. Следовг

тельно, есть задача преобразования 3-разрядного ключа в 2-разрядный адрес

С учетом возможных распределений ключа из следствий выбираем следую

щие преобразования:

/„=(1 111111111) /л=(099765432 1)

'//гЧ0 1 2 3 4 5 6 7 8 9) f2r{ 1 1 1 1 1 1.1 1 1 1)

/«=(0 3 692 5 8 1 4 7) /л=(07 4 1 852963)

Для сравнения выбирается модуль 97. В этом случае распределени

удельной плотности адресов, генерируемых функцией расстановки с преобра

зованием f 11-/21, кривая 2 и делением с остатком на 97, кривая 1 показаны в

рисЗ.

Как видно, в интервалах адресов от 1 до 28 и от 61 до 89 генерируете: пониженное удельное количество адресов, приходящихся на одну позиции отведенной области памяти, а в интервале 90 до 99 не генерируется вообще hi одного адреса. Очевидно, что при случайной выборке 99 произвольных клю чей общая картина распределения сохраняется, так что в интервалах адресо) от 28 до 60 следует ожидать повышенного количества синонимов.

Кривая 2 более равномерна, чем кривая 1, следовательно, и распреде ление адресов при использовании//г/гз более равномерно, чем при использо вании деления на модуль 97. Чем равномерней распределены адреса, тем бы стрее и эффективней осуществляется поиск нужной записи в области хранена данных ADABAS (табл.4).

Использование обобщенного алгоритма кодов для функции хеширова ния обеспечивает независимость программного обеспечения от вида функции так как при изменении функции меняются только вектора преобразований. /вектора преобразований зависят от структуры распределения ключей по адре сам.

В пятой главе решаются 4, 5, 6 задачи диссертационного исследо-шя, а именно создание обучающей информационно-программной среды [О УГЛТА с использованием гипертекстовой информационной модели, ;дрение разработанной системы в учебный процесс заочного факультета, исывается реализация предлагаемых моделей и методов для сопровождения лшых исследований по определению уровня углерода в древесине.

Таблица 4

Характеристики результатов исследования (в БД 1500 записей)

п/п Показатель Значение

1 Время поиска и выборки записи при стандартной для ADABAS организации инвертированного файла, мс 5

2 Время поиска и выборки записи по предлагаемой организации ассоциатора ADABAS (указатели W1,W2,W3, W4), мс 4,05

3 Время поиска записи при произвольной адресации по методу деления с остатком, мс 2

1 Время поиска записи при произвольной адресации по предлагаемому методу, мс 0,96

Значение адреса

Рис.3 Распределение удельной плотности адресов от значения адреса

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В ходе диссертационного исследования достигнуты следующие результаты:

• Исследована применимость СУБД для реализации гипертекстовых информационных систем, предложена СУБД ADABAS.

• Разработаны модели, методы организации и структуры хранения данных, обеспечивающие более эффективные коммуникационные процессы в информационных системах.

• Разработан метод физической адресации данных, сокращающий время по- иска и извлечения информации.

• Разработано программное обеспечение в среде С++ и Natural ADABAS дл* СДО с использованием гипертекстовой информационной модели.

• Проведена адаптация информационно-программных составляющих дл: информационных систем исследования уровня связанного углерода в дре весине.

• Разработанная система внедрена в учебный процесс и НИР Уральской гс сударственной лесотехнической академии.

Научные исследования, выполненные в диссертационной работе, ис пользуются не только в СДО УГЛТА, а также в проектных реализациях авгс матизированных систем управления ряда промышленных предприятий ураш ского региона.

:ПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Информационная система для дистанционного обучения: опыт создания и перспективы развития // Применение баз данных: Тез. докл. Науч.-техн. семинар. - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1997. С. 22-24.

. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Система дистанционного обучения и ее место в УГЛТА // Вклад ученых и специалистов в развитии химико-лесного комплекса: Тез. докл. Обл. науч.-техн. конф. - Екатеринбург: УГЛТА,

1997. С. 217-218.

. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Состав программно-сетевого обеспечения технологии электронной почты для использования в учебном процессе по дисциплине "Современные информационные технологии в управлении" // Формирование профессиональных программ: проблемы, задачи, реализация: Тез. докл. Междулар. науч.-метод. конф. - Екатеринбург: УГЛТА,-

1998. С. 9-11.

Бессонов А.Б., Часовских В.П. Интранет как технология управления корпоративными коммуникациями государственного высшего учебного управления // Телематка-98: Тез. докл. Всерос. науч.-метод. конф. - С.-Петербург: Республиканский научный центр компьютерных телекоммуникационных сетей высшей школы, 1998. С. 102-103.

' Бессонов А.Б., Часовских В.П. Информационное обеспечение системы дистанционного обучения УГЛТА И Новые информационные технологии в университетском образовании: Тез. докл. Междунар. науч.-метод. конф. -Новосибирск: НИИ Математико-информационных основ обучения НГУ, 1998. С. 182.

Бессонов А.Б. Формирование информационной системы предприятия на основе WWW технологии. II Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. -Екатеринбург: УГЛТА, 1999. С.5-6.

7. Бессонов А.Б. Усовершенствованный метод инвертированного файла. Сборник научных статей. - Екатеринбург: УГЛТА, 2000. С. 5-9. 8. Бессонов А.Б. Разработка метода адресации данных. // Сборник научнь статей. - Екатеринбург: УГЛТА, 2000. С. 10-12.

г

и

Подписано в печать 46. И0Ог. Формат 60x84 1/16

Бумага типографская Офсетная печать Уч.-изд. л.

Усл. печ. л. Тираж 100 Заказ Бесплатно

Отдел оперативной полиграфии УГЛТА 620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37

Введение.

1 Состояние вопроса, обзор литературы и постановка основных задач диссертационной работы.

1.1 Образовательные технологии в системе дистанционного обучения

1.2 Информационные образовательные технологии в системе дистанционного обучения.

1.2.1 Технологии представления образовательной информации.

1.2.2 Технологии передачи образовательной информации. г • • ■ • '

1.2.3 Технологии хранения и обработки образовательной информации.

1.3 Российские системы дистанционного обучения.

1.3.1 Опыт создания системы дистанционного обучения в Московском экономико-статистическом институте.

1.3.2 Опыт создания системы дистанционного обучения в Пензенском государственном техническом университете.

1.3.3 Опыт создания системы дистанционного обучения в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

1.3.4 Опыт создания системы дистанционного обучения в Московском государственном институте электроники и математики.

1.4 Выводы и постановка основных задач диссертационного исследования.

2 Обоснование выбора СУБД для реализации системы дистанционного обучения.

2.1 Информационная среда ДО.

2.2 Критерии применимости информационной модели и требования к СУБД.

2.3 Концептуальная модель гипертекстовой системы ДО.

2.4 Характеристика СУБД ADАВAS.

2.4.1 Управление данными.

2.4.2 Ядро базы данных.

2.5 Характеристика СУБД Oracle.

2.6 Характеристика СУБД Lotus Notes.

2.7 Выводы по главе 2.

3 Модель СДО, методы организации, структуры хранения данных.

3.1 Структуры хранения данных СДО.

3.2 Модель гипертекстовой обучающей системы.

3.3 Определение модели данных.

3.4 Ассоциатор данных.

3.5 Выводы по главе 3.

4 Метод адресации данных в информационной модели СДО.

4.1 Определение функции хеширования.

4.2 Свойства функции хеширования.

4.3 Выводы по главе 4.

5 Применение и использование результатов исследования.

Актуальность исследования. Сегодня стало очевидным, что образование в системе обеспечения национальной безопасности России занимает одно из центральных мест. Особенно остро этот вопрос стоит в настоящее время, когда социально-экономическую ситуацию в России в целом, а также состояние промышленности с полным правом можно назвать критическим. Несмотря на это, систему высшего образования страны пока удалось сохранить.

Динамика социально-экономического развития общества показывает, что уровень благосостояния его граждан и общества в целом значительно зависит от уровня организации и эффективности функционирования целостной системы подготовки кадров, востребованных рынком труда. Успех в достижении названной цели во многом определяется степенью подготовки высококвалифицированных специалистов, способных обеспечить постановку ключевых задач, научное сопровождение их решения, техническую и организационную реализацию. В связи с этим очевидно, что образование является одним из важнейших факторов, способных оказывать серьезное влияние на все аспекты национальной безопасности (в т.ч. военной, экономической, политической, социальной, информационной) и создавать условия для успешного завершения политических и экономических реформ и перехода к стабильному развитию.

Происходящие в последние годы глубокие перемены в социально-экономической сфере в России требуют нового взгляда на систему высшего образования [1,2]. В ведущих странах мира уже в середине 60-х гг. была осознана необходимость подготовки и повышения квалификации граждан на основе, как тогда понималось, «нетрадиционных» образовательных технологий. За последние 40 лет в зарубежных системах образования произошли существенные структурные изменения, обусловленные развитием возрастающего, всестороннего воздействия научно-технического прогресса на жизнедеятельность общества. По данным зарубежных экспертов к 2000 г. каждый работающий будет нуждаться в высшем образовании, т.е. в минимальном уровне образования, необходимом для выживания человечества. Обучение такого количества студентов по очной (дневной) форме вряд ли выдержат бюджеты даже самых благополучных стран. Поэтому не случайно за последние десятилетия численность обучающихся по дистанционным технологиям растет быстрее числа студентов дневных отделений. Мировая тенденция перехода к дистанционным формам образования прослеживается и в росте числа вузов, ведущих подготовку по этим технологиям. В мире за период 1900-1960 гг. их было создано 79, за 1960-1970 гг. -70, а только за 1970-1980 гг. - 187.

Дистанционное обучение (ДО) - одно из наиболее быстро развивающихся направлений системы образования, как за рубежом, так и в России. Это качественно новый вид обучения, базирующийся на современных информационных технологиях и использующий современные средства телекоммуникаций. Однако в России дистанционное обучение переживает этап становления, в частности, этим объясняется отсутствие общепринятого определения ДО и многовариантность толкования этого понятия.

Система дистанционного обучения (СДО) - это комплекс образовательных программ, реализуемых в учебном процессе под управлением системы организационных мероприятий и нормативной базы на основе специализированной информационно-образовательной среды.

Технологии ДО позволяют получать базовое или дополнительное образование без отрыва от основной деятельности, не меняя своего географического положения, выбирая удобное время и удобный темп обучения, а также обеспечивают реализацию конституционного права на образование каждого гражданина страны.

Дистанционное обучение не является антагонистичным по отношению к существующим традиционным очным и заочным технологиям, ее развитие не ведет к ликвидации этих классическим систем. Наоборот, дистанционное обучение естественным образом интегрируется в эти системы, совершенствуя и развивая их.

Для системы дистанционного обучения, характерно следующее:

• использование технологии баз данных; наличие достаточно сложной системы организации хранения данных во внешней памяти;

• использование механизмов, реализующих поддержку ссылок из одних информационных блоков в другие и разрешающих пользователю напрямую взаимодействовать с этими информационными блоками и устанавливать новые связи между ними;

• низкая эффективность коммуникационных процессов.

Аналогичные особенности и проблемы возникают в информационных системах для исследования уровня связанного углерода в древесине для заданной территории.

Вопросы повышения эффективности коммуникационных процессов в информационных системах для дистанционного обучения и научных исследований уровня связанного углерода являются актуальными.

Проблема, которой посвящено диссертационное исследование, многоаспектная и решалась в течение разных лет многими учеными и специалистами. В частности, проблематика организации эффективных коммуникаций в информационных системах исследовалась Мартином Дж. (Martin J.), Дейтом К. (Date С.), Тиори Т. (Теогеу Т.), Фрайем Дж. (Fry J.), Люмом В. (Lum Y.), Доддом M. (Dodd M.), вопросы гипертекстового моделирования - Ованесбеко-вым Л.Г., Конклином Дж. (Conklin J.), Шашем Д. (Shasha D.), вопросы организации ДО исследовались как отечественными авторами - Нежуриной М.И., Молчановой О.П., Школяр H.A., Бершадским A.M., Кревским А.Г., Норенко-вым И.П. так и зарубежными Лоингом Б. (Loing В.), Хейткампом T. (Heitkamp Th.), Куллен M. (Cullen M.), вопросы построения информационных систем для исследования уровня связанного углерода рассматривались Луганским H.A., Сальниковым A.A.

Однако, не все аспекты данной проблемы в настоящее время достаточно изучены, что вызывает необходимость их дальнейшей углубленной проработки и исследований. Все это и послужило основанием выборы темы исследования.

Целью диссертационного исследования является разработка моделей, методов и программного обеспечения для повышения эффективности коммуникаций в информационных системах, ориентированных на дистанционное обучение и информационных систем исследования связанного углерода.

В диссертации были решены следующие задачи:

1. Исследована применимость СУБД для реализации гипертекстовых информационных систем.

2. Разработана модель, методы организации и структуры хранения данных, обеспечивающие более эффективные коммуникационные процессы в информационных системах.

3. Разработан метод физической адресации данных, сокращающий время поискан извлечения информации в предлагаемой информационной модели.

4. Разработано программное обеспечение в среде С++ и Natural AD ABAS для СДО с использованием гипертекстовой информационной модели.

5. Проведена адаптация информационно-программных составляющих для информационных систем исследования уровня связанного углерода в древесине.

6. Разработанная система внедрена в учебный процесс и НИР Уральской государственной лесотехнической академии (УТЛТА).

Объект исследования: программное и информационное обеспечение для информационных систем СДО и НИР в УГЛТА.

Предмет исследования: теоретические, методологические и практические вопросы обеспечения эффективных коммуникационных процессов в информационных системах ориентированных на реализацию дистанционного обучения и исследования связанного углерода.

Используемые методы. Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых по проблемам организации дистанционного обучения, гипертекстовых систем, моделям данных, организации баз данных, методам хеширования и функций подстановок. Были также использованы законодательные акты, инструктивно-методические документы, нормативные документы всех уровней управления. Решение поставленных в работе задач осуществлялось с использованием системного подхода, методов статистического анализа.

Научная новизна полученных результатов сводится к следующему:

• предложена модель гипертекстовой информационной системы дистанционного обучения;

• впервые разработана модель представления данных обучающей системы ДО; преимуществом данной модели является универсальность самих данных, т.к. компоненты и связи между ними изначально разделены в различные сущности;

• разработан алгоритм произвольного доступа к данным;

• модель информационно-программной среды СДО реализована средствами промышленной СУБД ADABAS;

• разработано программное обеспечение в средах С++ и Natural для организации эффективных коммуникаций СДО;

• предложена более эффективная информационно-программная среда для хранения и обработки статистической информации об уровне содержания углерода в лесных массивах.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что предлагаемые в диссертационном исследовании модели и методы, позволяют создавать информационные системы широкого спектра применения, как в образовательной, так и в научной, производственной сферах деятельности человека. Модели и методы, основанные на гипертекстовом представлении информации, раздельном хранении данных и их свойств, реализуются средствами СУБД и обеспечивают эффективные коммуникационные процессы внутри системы.

Реализация результатов работы. Проведенное исследование позволило предложить модели и методы создания информационных гипертекстовых систем, разработать информационно-программную среду системы дистанционного обучения УГЛТА средствами СУБД АЕ)АВА8, эффективней проводить научные исследования по НИР слабоструктурированных систем. Результаты научных исследований, выполненных в диссертационной работе, используются не только в СДО и научных исследованиях УГЛТА, а также в проектных реализациях автоматизированных систем управления промышленными предприятиями уральского региона: Федеральном государственном унитарном предприятии «Вектор», Муниципальном унитарном предприятии «Производственный жилищно-ремонтный трест» г.Качканар, Ремонтно-строительном тресте Тюментрансгаза «Югорскремстройгаз» г.Югорск, в корпоративных информационных системах Югорского филиала «Газпромбанка», г.Югорск, отделении №7892 Сбербанка РФ, г.Советский.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования доложены и получили одобрение на Областных научно-технических конференциях «Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса» (г.Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1995, март 1997гг.), на Научно-практическом семинаре «Применение баз данных» (г.Пенза, Пенз.ГТУ, ноябрь 1997г.), на Международной научно-методической конференции «Формирование профессиональных образовательных программ: проблемы, задачи, реализация» (г.Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1998г.), на Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (г.Новосибирск, НИИ математико-информационных основ обучения НГУ, март 1998г.), на Всероссийском семинаре по дистанционному обучению «Организация дистанционного обучения в учебных заведениях и на предприятиях» (г.Москва, Агентство «Интеллектуальные ресурсы» и Ассоциация международного образования, июнь 1998г.), на Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'98» (г.Санкт-Петербург, Республиканский научный центр компьютерных телекоммуникационных сетей высшей школы, июнь 1998г.), на Международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» (г.Екатеринбург, УГЛТА, февраль 1999г.).

Автор принимал участие в 3~ научно-исследовательских работах, посвященных проблематике слабоструктурированных объектов, по заказу Министерства образования РФ (шифр УГЛТА 1.1.95, №ГР 01.960.009804, шифр УГЛТА 1.2.95, №ГР 01.960.009803, шифр УГЛТА 1.1.98 №ГР 01.9.80006371).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа включает 151 страницу машинописного текста, 20 рисунков, 20 таблиц, 7 приложений. Библиографический список содержит 100 названия.

4.3 Выводы по главе 4

Использование обобщенного алгоритма кодов для функции хеширования обеспечивает независимость программного обеспечения от вида функции, так как при изменении функции меняются только вектора преобразований. А вектора преобразований зависят от структуры распределения ключей по адресам.

Рис.16. Распределение удельной плотности адресов от значения адреса.

5 Применение и использование результатов исследования

В СДО реализованы методы и алгоритмы, разработанные в выше приведенных разделах. *

Формальная модель базы данных определена на множествах Т , Б , Н и функциях Б, Б. Графическая взаимосвязь между Т , Э и Н показана на рис.17.

При реализации модели базы данных, разработанной в предыдущих разделах, и с учетом [91, 92, 93, 94, 95, 96, 97] была определена следующая интерпретация:

• множество Н представляет внешние имена структур базы данных, т.е. пользователь может под разными именами обращаться к одному и тому же элементу и отношению;

• множество О представляет идентификаторы элементов и отношений множества Т ;

• множество Т* представляет домены, из элементов которых образуются записи, принадлежащие Т . Как следствие, все отношения и сама база данных - это подмножество множества Т*;

• функции 8 и Б задаются через свойства элементов и отношений.

При физической реализации мультипликативной модели базы данных определены ассоциатор базы данных и область хранения. В ассоциаторе данных хранятся свойства структур базы данных (множества Н , О , Т* функции 8, Б). В области хранения размещаются экземпляры схемы базы данных.

Функция Б формальной модели задается как множество упорядоченных пар <НЪ М1>, где Н1 - идентификатор элемента (его селектор), М1 = {111 - имя}. Биективность такого представления была доказана в разделе 3.3.

Рис.17. Взаимосвязь между Т*, D% Н*.

Функция Р формальной модели задается в виде адресного преобразователя, где для каждого идентификатора определен адрес в области хранения. Эта функция строится автоматически, т.е. она в виде алгоритма реализована как программный модуль комплекса.

Для построения указателей \V1-W4, используются четыре последних свойства. При этом накладываются следующие ограничения:

• в формировании Т\У 1ЛУ4 могут использоваться только дескрипторы;

• только один элемент может быть ключом;

• если характеристика длины значения элемента превышает 20 байт, должно использоваться раздельное хранение;

Для записи базы данных определены следующие свойства:

- индивидуальный системный номер;

- характеристика длины.

Для файла базы данных определено:

- номер файла в базе данных;

- имя файла;

- связь с другими файлами.

Связь Ъ между файлами определяется как упорядоченная четверка элементов

7 = <N1, N2, Нь Н2>, где N1 - номер первого файла, N2 - номер второго файла, Н] - идентификатор элемента файла N1, Н2 - идентификатор элемента файла N2.

Связь существует неявно относительно файлов N1 и N2, т.е. при обработке файлов N1 и N2 считается, что запись аъ принадлежащая файлу N1, связана со всеми записями у,-, принадлежащими файлу N2, если проекция а,[Н]] и у^Н2] равны, связь файла N1 и N2 считается двунаправленной, т.е.

V (а, е N1) 3 (у, е М2) (а, [Н^ = у, [Н2]),

V Сп е N2) 3 (а, е N0 (у, [Н2] = а, [Щ).

Так, определенная связь файлов Ъ не требует никаких ссылок и указателей, но необходимо обеспечивать при загрузке записей в файл базы данных идентичность по типу значения и характеристике длины связанных элементов Н] и Н2.

Для базы данных определены следующие свойства:

- номер базы данных;

- имя базы данных.

Физическая база данных представлена двумя наборами - ассоциатором и областью хранения. В качестве методов организации хранения данных принято два способа:

- частично инвертированных файлов;

- метод таблиц умножения.

Такой выбор объясняется тем, что БД СДО предназначена для работы в реальном режиме времени [98]. Более подробно эти вопросы освещены в технической документации на СДО.

Каждый из указанных методов организации является технологической характеристикой и определяется для каждого файла базы данных.

Вся область хранения разбивается на блоки фиксированной длины. В каждом блоке может храниться одна или несколько записей. Все записи одного файла имеют фиксированную длину и не содержат в себе никакой другой информации, кроме значения. Все свойства структур данных базы, домены, указатели, вспомогательные таблицы располагаются в ассоциаторе. Вся область ассоциатора разбивается на две части (рис.18). В первой все пространство разбивается на фиксированные области по количеству файлов. Вторая часть предназначена для хранения словаря базы данных и доменов.

Ассоциатор

Рис.18. Структура ассоциатора.

Размеры ассоциатора данных и области хранения являются технологическими характеристиками и при своем изменении требуют реорганизации базы данных системы дистанционного обучения. Временные характеристики реорганизации БД из 1500, 3000, 4500 записей приведены в табл.18. рис.19.

Заключение

В ходе диссертационного исследования получены следующие результаты:

• Исследована применимость СУБД для реализации гипертекстовых информационных систем, предложена СУБД ADABAS.

• Разработаны модели, методы организации и структуры хранения данных, обеспечивающие более эффективные коммуникационные процессы в информационных системах.

• Разработан метод физической адресации данных, сокращающий время поиска и извлечения информации.

• Разработано программное обеспечение в среде С++ и Natural ADABAS для СДО с использованием гипертекстовой информационной модели.

• Проведена адаптация информационно-программных составляющих для информационных систем исследования уровня связанного углерода в древесине.

• Разработанная система внедрена в учебный процесс и НИР Уральской государственной лесотехнической академии.

Цель диссертационной работы достигнута. Научные исследования, выполненные в диссертационной работе, используются не только в СДО УГЛТА, а также в проектных реализациях автоматизированных систем управления ряда промышленных предприятий Уральского региона.

1. Тихонов А.Н. Основная цель развития информационных технологий (телематики) сохранение и увеличение образовательного потенциала высшей школы России. - В Бюллетене «Проблемы информатизации высшей школы», №3, 1995, с.2-33.

2. Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России. В Бюллетене «Проблемы информатизации высшей школы», №3, 1995, с.2-9.

3. Tihonov А. N. Ivannikov A. D. Distance éducation technologies and their effectiveness under Russian conditions. // Proceeding of the first ICDED'94. "Distance learning and new technologies in éducation", Moskow, 5-8 July, 1994. P.3-6.

4. Бершадский A.M., Кревский И.Г. Дистанционное образование на базе новых информационных технологий. Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1997. -56с.

5. Нежурина М.И. Методические, организационные и технологические основы дистанционного обучения: Часть 1. М.: Центр оперативной полиграфии МИЭМ, 1998. -36с.

6. Кузнецов С.Д. Введение в системы управления базами данных: Часть 1. // Системы управления базами данных. 1995. - №1. - С.14-25.

7. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: в 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1985. - 287с., ил.

8. Отраслевой Стандарт Госкомвуза Российской Федерации. Термины и определения. Официальное издание. М.: 1995. - 65с.

9. Canning R. G. The Data Administration Function, EDP Anal., 10, 11, p.320-336, (Nov. 1972).

10. DeBlasis J.P., Johnson Т.Н. Database Administration Classical Pattern, Some Experience and Trends, Proc. ATTPS NCC, Vol. 46, ATTPS Press, Arlington, VA, p. 125-137, 1977.

11. Кревский И.Г. Проект дистанционных курсов для абитуриентов // Новые информационные технологии и системы: II Междунар. конф. Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1996. С.13-15.

12. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Особенности менеджмента в государственном высшем учебном заведении // Вклад ученых и специалистов в развитии химико-лесного комплекса: Тез. докл. Обл. науч.-техн. конф. Екатеринбург, УГЛТА, 1997. С. 20-21.

13. Алсынбаев К.С., Ерофеев С.Г. Сетевая ГИС для образовательных и культурных целей // Новые информационные технологии в университетском образовании: Тез. докл. Междунар. науч.-метод, конф. 17-19 марта 1998. -Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1998. С.146-147.

14. Ивчин Д.И., Иртегов Д.В. Информационное обеспечение конференций на основе Lotus Notes /7 Новые информационные технологии в университетском образовании: Тез. докл. Междунар. науч.-метод, конф. 17-19 марта 1998. Новосибирск: НИИ МИОО НГУ, 1998. С.159.

15. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Система дистанционного обучения и ее место в УГЛТА // Вклад ученых и специалистов в развитии химико-лесного комплекса: Тез. докл. Обл. науч.-техн. конф. Екатеринбург: УГЛТА, 1997. С.217-218.

16. Бессонов А.Б., Часовских В.П. Информационная система для дистанционного обучения: опыт создания и перспективы развития // Применение баз данных: Тез. докл. Научн.-техн. семинар. Пенза: Пенз. гос. техн. унт, 1997. С.22-24.

17. Jeff Conklm. Hypertext: An Introduction and Survey. Computer 20(9), September 1987, p. 17-41.

18. B.W. Kernigan, M.E. Lesk, J.F. Ossanna. Unix Time-Sharing System: Document Prepaiation. Bell System Technical Journal, 1978, 57(6), p.2115-2135.

19. D.Shasha. When Does Non-Linear Text Help? International Conference of the Expert Database Systems, Charleston SC, 1-4 April 1986, p.109-121.

20. Кузнецов И.П. Семантические представления. М.: Наука, 1986. - 293с.

21. Грачева Т.В. ADABAS основа технологий Software AG. // Системы управления базами данных. - 1995. - №1. - С.30-37.

22. Грачева Т.В. ADABAS основа технологий Software AG. // Системы управления базами данных. - 1995. - №2. - С.45-50.

23. Винокуров JLJL, Леонтьев Д.В., Гершельман А.Ф. СУБД ADABAS основа универсального сервера баз данных. // Системы управления базами данных. - 1997. - №2. - С.36-40.

24. Кузнецов С.Д. Введение в СУБД: Часть 2. // Системы управления базами данных. 1995. - №2. - С. 16-27.

25. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях / М.И. Нечепу-ренко, В.Н. Попов. АН СССР, Сиб. Отд-ие, ВЦ. Новосибирск, Наука, Сиб. Отд-ие, 1990. - 513с.

26. Братцева Е.В. Алгоритмы агрегирования. М. ВЦ АН СССР, 1990. - 56с.

27. Васильев В.В. Электронные модели задач на графах. АН УССР. Киев: Наук, думка, 1997. - 151с.

28. Евстигнеев В.А. Применение теории графов в программировании / Под ред. А.П. Ершова. М.: Наука, 1985. - 352с.

29. Камерон П. Теория графов, теория кодирования и блок-схемы. М.: Наука, 1980. - 139с.

30. Кристофидес Н. Теория графов: алгоритмический подход. М.: Мир, 1978. -432с.

31. Липатов Е.Л. Теория графов и ее применения. М.: Знание, 1986. - 31с.

32. Ope Остин. Теория графов. M.: Наука, 1980. - 336с.

33. Свами М.Н. Графы, сети, алгоритмы. М.: Мир, 1984. - 454с.

34. Математические модели и оптимизация вычислительных алгоритмов: Сб.тр. фак. вычисл. математики и кибернетики МГУ / Под ред. А.Н.Тихонова, А.А.Самарского. М.: МГУ, 1993. - 254с.

35. Глушков В.М. Кибернетика, вычислительная техника, информатика. Избр. тр.: В Зт. / АН УССР, Ин-т кибернетики им В.М. Глушкова. Т.1: Математические вопросы кибернетики. Киев: паук, думка, 1990. - 216с.

36. Математическая информационная среда и проектирование систем искусственного интеллекта / В.М. Глушков и др. М.: Высшая школа, 1980. -15с.

37. Грис Д. Наука программирования / Под ред. А.П. Ершова. М.: Мир, 1984. -416с.

38. Гладкий A.B. Формальные грамматики и языки. М.: Наука, 1973. - 368с.

39. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Юшенко Е.Л. Алгебра, языки программирования. Киев: Наук, думка, 1989. - 376с.

40. Оллонгрен А. Определение языков программирования интерпретирующими автоматами. -М.: Мир, 1977. 288с.

41. Б.Л. Ван дер Варден. Соверменная алгебра: 41. М., 1947. - 339с.

42. Часовских В.П. Лингвистический подход к построению формальной модели базы данных. Депонир. В ВИНИТИ, 1982, № 3941-82.

43. Волков В.А. Множества, функции и операции над ними. Ленинград: ЛГУ, 1989. -96с.

44. Дюбуа Д. Теория возможностей: Приложения к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь, 1990. - 286с.

45. Лягунов A.A. Вопросы теории множеств и теории функций. М.: Наука, 1979. - 264с.

46. Паровиченко И.И. Теория операций над множествами. Кишинев: Штин-ница, 1981. - 186с.

47. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980. -662с.

48. Дейт К. Введение в базы данных. М.: Наука, 1980. - 463с.

49. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. - 334с.

50. Тиори Т. Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ. М: Мир, 1985. - 320с.

51. Горев А. Эффективная работа с СУБД. Минск: Питер, 1997. - 700 с.

52. Severance D.G. Identifier Search Mechanisms: A Survey and Generalized Model, Comput. Surv.,6, 3, p. 1001-1009, 1974.

53. Лефковиц Д. Структуры информационных массивов оперативных систем. -М.: Энергия, 1973. 208с.

54. Курбаков K.M. Кодирование и поиск информации в автоматическом словаре. М.: Советское радио, 1968. - 248с.

55. Грис Д. Конструирование компиляторов для цифровых вычислительных машин. М.: Мир, 1975. - 544с.

56. Ахо А., Ульман Дж. Теория синтаксического анализ, перевода и компиляции. Т.2 Компиляция. М.: Мир, 1978. - 487с.

57. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Т.З Сортировка и поиск. -М.: Мир, 1978. -844с.

58. Ягельски Р. Распределенная память // Управляющие системы и машины. 1976. -№5. -С.99.

59. Система IBM/360. Введение в запоминающие устройства прямого доступа и методы организации данных. М.: Статистика, 1971. 271с.

60. Severance D.G. Duhne R.A. A Practitioner's Guide to Addressing Algorithms, Commun. ACM, 19, 6, p.314-326, (1976).

61. Lum V.Y., Yuen P.S.T., Dodd M. Key-to-Address Transform Techniques: A Fundamental Performance Study on Large Existing Formatted Files, Commun. ACM, 14, 4, p.228-259, (1971).

62. Norton R.M., Yeager D.P. A Probability Model for Overflow Sufficiency in Small Hash Tables, Commun. ACM, 28, 10, p.1068-1075, (1985).

63. Jaeschke G. Reciprocal Hashing: A Method for Generating Minimal Perfect Hashing Functions. Commun. ACM, 24, 12, p.829-833, (1981).

64. Larson P.-A. Dynamic Hash Tables, Commun. ACM, 31,4, p.446-457, (1988).

65. Chang C.C. The Study of an Ordered Minimal Perfect Hashing Scheme, Commun. ACM, 27, 4, p.384-387, (1984).

66. Knott G.D. Hashing functions, The Computer Journal, 18, 3, p.265-278, (1975).

67. Литвинов В.А., Кокорин А.А. Прогрессивно-цепная организация переполнения в файлах с рандоминизированной структурой. // Программирование. 1978,- №5. - С.69.

68. Buchholz W. File Organization and Addressing, IBM Systems Journal, 2, June 1963, p.86-111.

69. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир, 1986. - 576с.

70. Дельсарт Ф. Алгебраический подход к схеме отношений теории кодирования. М.: Мир, 1976. - 134с.

71. Красноголовый Б.Н. Преобразователи кодов. Минск: БГУ, 1983. - 175с.

72. Кузьмин И.Б. Кодирование и декодирование в информационных системах. -Киев: Вища. шк., 1985. 190с.

73. Литвинов В.А., Кокорин A.A. Обобщенная функция расстановки и организация файлов с рандомиинзированной структурой. // Программирование. 1980. - №5. - С.31.

74. Климов Г.П. Теория вероятности и математической статистики. М.: МГУ, 1983. - 325с.

75. Абрамов С.А. Математическое построение и программирование. М.: Наука, 1978. -191с.

76. Краснощекое П.С. Принципы построения моделей. М.: МГУ, 1988. -264с.

77. Ладенко И.С. Логические методы построения математических моделей. -Новосибирск: Наука, Сиб отд-ие, 1980. 192с.

78. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических системах. М.: Радио и связь, 1989. - 224с.

79. Математическое моделирование / P.P. Мак-Лоун, Дж. У. Крэггс. М.: Мир, 1977. - 277с.

80. Шальгин A.C. Прикладные методы статистического моделирования. -Ленинград: Машиностроение, Ленингр. отд-ие, 1986. 319с.

81. Яглом И.М. Математические структуры и математическое моделирование. -М.: Советское радио, 1980. 145с.144

82. Пальчун Б. П., Юсупов Р. М. Оценка надежности программного обеспечения / РАН, С.-Петербург, ин-т информатики и автоматизации. СПб.: Наука, 1994. - 84с.

83. Бессонов А.Б. Усовершенствованный метод инверитрованного файла. // Сб. научн. статей. Екатеринбург: УГЛТА, 2000. С. 5-9.

84. Бессонов А.Б. Разработка метода адресации данных. // Сб. научн. статей. -Екатеринбург: УГЛТА, 2000. С. 10-12.145