СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
METHOD OF FORMING INFORMATION MODELS OF INFORMATION SYSTEMS

Предлагаемое изобретение относится к области технической кибернетики и может быть использовано в информационных (автоматизированных, информационно-аналитических, поддержки принятия решений) системах (ИС) для организации хранилищ информационных объектов.
Известен способ организации данных в ИС [1], в котором предлагается классификатор иерархической структуры, создаваемый в виде открытой системы, допускающей его дополнение и модернизацию и при этом существующие формализованные данные в модернизированном или существующем виде включают в свою структуру данных.
Недостатком такого способа является иерархичность создаваемых структур данных, что не позволяет хранить данные, например, сетевого типа.
Известен способ формирования информационной модели [2], при котором элементы системы представляют многопараметрическими многоуровневыми иерархически упорядоченными и объединенными в сетевой граф структурами и формируют сведения о непосредственной и через атрибуты (параметры) взаимосвязи элементов системы описанием связей, представленных простыми и содержательными связями с описанием содержательного характера каждой.
Недостатком этого способа является то, что система ориентирована только на информационные объекты с заранее определенной структурой и невозможна организация системы баз данных с произвольным набором данных с заранее неизвестной структурой в отдельно взятой базе данных.
Наиболее близким способом к предлагаемому является способ формирования информационной модели и способ организации баз данных, поименованный как "концепция 3-х схем" [3], при реализации которого, в зависимости от структуры данных, потребных для предметной области (первая схема - внешняя схема - точка зрения пользователя), создается нейтральная концептуальная схема (так называемая модель "сущность-связь", или ER-модель - третья схема - концептуальная нейтральная схема, в которой представляют типы информационных объектов, их свойства - атрибуты и отношения между объектами), в соответствии с которой создается машинная (компьютерная) схема (структура базы данных - вторая схема - внутренняя схема - точка зрения компьютера).
Недостатком известного способа является то, что машинная схема ориентирована только на информационные объекты с заранее определенной структурой. При необходимости развития ИС и внесения данных новой структуры приходится изменять машинную схему или менять ее на новую, что не позволяет использовать принцип "наследования" информации.
Целью предлагаемого способа является повышение функциональных возможностей и открытости ИС.
Цель достигается реализацией заявляемого способа формирования информационных моделей и организации хранилищ информационных объектов, обеспечивающего создание нового типа информационного средства для ИС-хранилища информационных объектов. Хранилище информационных объектов обеспечивает хранение данных произвольной структуры. В целях повышения функциональных возможностей и открытости ИС предлагается:
- перейти к использованию концепции, отличной от известной концепции трех схем и заключающейся в том, что вместо одной нейтральной концептуальной схемы используются две: первая из новых концептуальных схем должна отражать пользовательскую точку зрения и определять совокупность типов информационных объектов, их свойства (атрибуты) и отношения между объектами, а вторая новая схема, определяющая типы типов информационных объектов, должна отражать точку зрения компьютера и структуру предлагаемого нового информационного средства - хранилища информационных объектов. Предлагается назвать такую концепцию "концепцией четырех схем";
- использовать специфическую вторую концептуальную схему (структура хранилища информационных объектов), обеспечивающую хранение произвольных информационных объектов.
Данный подход позволит:
- повысить функциональные возможности ИС за счет включения в их состав нового информационного средства, обеспечивающего хранение произвольных и заранее неопределенных информационных объектов;
- уменьшить затраты на эксплуатацию ИС за счет исключения необходимости изменений структур баз данных;
- уменьшить затраты на эксплуатацию ИС за счет исключения необходимости переноса накопленных данных из существовавших баз данных в новые при замене первых (реализация принципа наследования данных);
- уменьшить затраты на создание ИС из-за повышения уровня унификации информационных средств; однотипные хранилища информационных объектов могут быть использованы для организации операционных баз данных (в системах автоматизации), хранилищ и витрин данных (в информационно-аналитических системах и в системах поддержки принятия решений).
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.
Первое. Создается третья (новая) концептуальная схема, представляющая собой совокупность информационных моделей (предлагается наименование для таких моделей - "прикладная схема"), описывающих типы информационных объектов с наборами их свойств (атрибутов) и отношений между ними.
Второе. Создается четвертая (новая) схема, опеределяющая структуру нового информационного средства - хранилища информационных объектов. Отличительной особенностью хранилища информационных объектов в том, что оно не ориентировано на хранение информационных объектов определенной структуры и позволяет хранить информационные объекты с произвольной структурой данных.
Это позволяет без изменения структуры хранилища информационных объектов вносить новые объекты со структурой данных, неизвестных на этапе создания хранилища. При расширении функциональных возможностей и развитии информационной системы нет необходимости в решении проблем наследования - переноса данных из старой системы (из базы данных со старой структурой) в новую (с новой структурой базы данных).
Предложенный способ формирования информационных моделей информационных систем и организации хранилища информационных объектов поясняется фиг.1 - 17.
Пример трех вариантов графического подмножества двух прикладных схем "Лица" и "Организационные единицы" (третья концептуальная схема) приведен на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, где 1 - тип информационного объекта, 2 - атрибут (свойство) информационного объекта или атрибут (свойство) отношения, 3 - отношение информационного объекта, 4 - информационный объект другой прикладной схемы, с которым имеется отношение.
Пример текстового подмножества трех вариантов двух указанных выше прикладных схем приведен на фиг.4, фиг.5 и фиг.6.
Пример, поясняющий первый способ организации четвертой схемы, приведен на фиг.7. Пример, поясняющий второй способ организации четвертой схемы, приведен на фиг.8. Пример, поясняющий третий способ организации четвертой схемы, приведен на фиг.9 Пример, поясняющий четвертый и пятый способы организации четвертой схемы, приведен на фиг.10. На фиг.7-10 обозначены: 5 - сущность "Информационный объект" с атрибутами, 6 - "Уникальный идентификатор объекта", 7 - "Идентификатор типа объекта" и группой атрибутов (свойств) 8; 9 - сущность "Свойство объекта" с атрибутами, 10 - "Уникальный идентификатор свойства" объекта, 11 - "Уникальный идентификатор объекта" (идентификатор объекта, которому принадлежит свойство), 12 - "Идентификатор типа свойства" и 13 - "Значение свойства"; 14 - сущность "Отношение объектов" с атрибутами, 15 - "Уникальный идентификатор отношения", 16 - "Начало отношения. Уникальный идентификатор объекта" (идентификатор объекта, который образует начало отношения), 17 - "Конец отношения. Уникальный идентификатор объекта" (идентификатор объекта, который образует конец отношения), и 18 - "Идентификатор типа отношения"; 19 - сущность "Свойство отношения" с атрибутами, 20 - "Уникальный идентификатор отношения", 21 - "Уникальный идентификатор свойства отношения", 22 - "Идентификатор типа свойства отношения" и 23 - "Значение свойства отношения", 24 - дополнительная сущность "Свойство объекта" и 25, 26 - дополнительные сущности "Свойство отношения".
Примеры экземпляров информационных объектов типа "Лица" и "Организационные единицы" приведены на фиг.11.
Примеры экземпляров отношений между экземплярами типа "Лицо" и экземплярами типа "Организационная единица" и экземпляров отношений между различными экземплярами типа "Организационная единица" приведены на фиг.12.
Примеры таблиц хранилища информационных объектов и данных в этих таблицах при первом способе организации хранилища информационных объектов приведены на фиг.13.
Примеры таблиц хранилища информационных объектов и данных в этих таблицах при втором способе организации хранилища информационных объектов приведены на фиг.14.
Примеры таблиц хранилища информационных объектов и данных в этих таблицах при третьем способе организации хранилища информационных объектов приведены на фиг.15.
Примеры таблиц хранилища информационных объектов и данных в этих таблицах при четвертом и пятом способе организации хранилища информационных объектов приведены на фиг.16, фиг 17.
Для реализации первого способа организации хранилища информационных объектов в соответствии с сущностью "Информационный объект" (фиг.7) создают первую таблицу хранилища информационных объектов с первыми ("Уникальный идентификатор объекта"), вторыми ("Идентификатор типа объекта") и группой третьих ("Свойства объекта") полям (колонками). Такой структуры хранилища информационных объектов достаточно для хранения произвольных информационных объектов. Для записи в хранилище информационного объекта какого-либо типа (в соответствии с прикладной схемой на фиг.1, и примером на фиг.11 конкретных экземпляров типа "Лицо" и типа "Организационная единица") формируют записи в первой таблице (фиг.13). В первой колонке формируют уникальный идентификатор экземпляров информационных объектов (1 - в примере на фиг.13 для первого экземпляра из перечня на фиг.11, соответственно 2 - для второго, 3 - для третьего, 4 - для четвертого, 5 - для пятого и 6 - для шестого), во второй - идентификатор типа информационного объекта (1 - в примере на фиг.13 для экземпляров информационных объектов типа "Лицо" и 6 - для экземпляров информационных объектов типа "Организационная единица" для перечня конкретных экземпляров, приведенном на фиг.11). В группе третьих полей (колонок) формируют значения свойств информационных объектов и ссылки, обеспечивающие реализацию отношений между объектами. Для простоты пояснения на фиг.13 приведены конкретные значения свойств только части свойств из примера конкретных экземпляров на фиг.11 (не показаны даты рождения). В первом способе организации хранилища информационных объектов для реализации отношений между информационными объектами используется специальный тип свойства объекта - ссылка на уникальный идентификатор того экземпляра объекта, с которым данный объект имеет отношение. Такая реализация отношений позволяет реализовывать отношения с мощностью 1-1 или 1-n и не имеющие свойства. Отношения с мощностью n-n и отношения, имеющие свойства, должны быть "нормализованы" в прикладной схеме и сведены к отношениям 1-n (для этого отношение n-n должно быть заменено дополнительной "ассоциированной" сущностью и двумя отношениями 1-n. При наличии свойств у отношения значения свойств указываются как свойства ассоциированной сущности). В примере на фиг.13 реализованы отношения типа "Лицо работает в организационной единице" - с помощью ссылочного свойства (4, 5 и 6 указывают на уникальный идентификатор экземпляра организационной единицы) в четвертой колонке группы третьих полей - и "Организационная единица подчинена организационной единице" - с помощью ссылочного свойства во второй колонке группы третьих полей (4 также указывает на уникальный идентификатор экземпляра организационной единицы).
Для реализации второго способа организации хранилища информационных объектов в соответствии с сущностью "Информационный объект" (фиг.8) создают первую таблицу хранилища информационных объектов с первыми ("Уникальный идентификатор объекта") и вторыми ("Идентификатор типа объекта"). В соответствии с сущностью "Свойство объекта" создают вторую таблицу хранилища информационных объектов с первыми ("Уникальный идентификатор свойства"), вторыми ("Уникальный идентификатор объекта", идентификатор объекта, которому принадлежит свойство), третьими ("Идентификатор типа свойства") и четвертыми ("Значение свойства") полями (колонками). Такой структуры хранилища информационных объектов также достаточно для хранения произвольных информационных объектов. Для записи в хранилище информационного объекта какого-либо типа (в соответствии с прикладной схемой на фиг.1 и примером на фиг 11 конкретных экземпляров типа "Лицо" и типа "Организационная единица") формируют запись в первой таблице. В первой колонке формируют уникальный идентификатор экземпляра информационного объекта (1 - в примере на фиг.14 для первого экземпляра из перечня на фиг.11, соответственно 2 - для второго, 3 - для третьего, 4 - для четвертого, 5 - для пятого и 6 для шестого), во второй - идентификатор типа информационного объекта (1 - в примере на фиг.14 для экземпляров информационных объектов типа "Лицо" и 6 - для экземпляров информационных объектов типа "Организационная единица" для перечня конкретных экземпляров, приведенном на фиг.11). После получения уникального идентификатора экземпляра информационного объекта (при формировании записи в первую таблицу) во второй таблице последовательно формируют записи для свойств информационного объекта, для чего для каждого свойства в первой колонке формируют уникальный идентификатор свойства, во вторую колонку - заносят уникальный идентификатор экземпляра информационного объекта (полученный при формировании записи в первой таблице), в третью колонку заносят идентификатор типа свойства (для экземпляров информационных объектов типа "Лицо" 2 - для свойства "Фамилия", 3 - "Имя" и 4 "Отчество", для экземпляров информационных объектов типа "Организационная единица", 7 - "Наименование"), а в четвертую - значение свойства (Конкретные значения в соответствии с примерами из таблицы на фиг.11). Для простоты пояснения на фиг.14 приведены конкретные значения свойств только части свойств из примера конкретных экземпляров на фиг.11 (не показаны даты рождения).
Во втором способе организации хранилища информационных объектов, так же как и в первом, для реализации отношений между информационными объектами используется специальный тип свойства объекта - ссылка на уникальный идентификатор того экземпляра объекта, с которым данный объект имеет отношение. Такая реализация отношений позволяет реализовывать отношения с мощностью 1-1 или 1-n и не имеющие свойства. Отношения с мощностью n-n и отношения, имеющие свойства, должны быть "нормализованы" в прикладной схеме и сведены к отношениям 1-n (для этого отношение n-n должно быть заменено дополнительной "ассоциированной" сущностью и двумя отношениями 1-n). В примере на фиг.14 реализованы отношения типа "Лицо работает в организационной единице" - с помощью ссылочного свойства с идентификатором типа свойства - 5 - и "Организационная единица подчинена организационной единице" - с помощью ссылочного свойства с идентификатором типа - 8.
При третьем способе организации хранилищ информационных объектов дополнительно в соответствии с сущностью "Отношение объектов" (фиг.9) создают третью таблицу хранилища информационных объектов с первыми ("Уникальный идентификатор отношения"), вторыми ("Начало отношения. Уникальный идентификатор объекта", идентификатор объекта, образующего начало отношения), третьими ("Конец отношения. Уникальный идентификатор объекта", идентификатор объекта, образующего конец отношения) и четвертыми ("Идентификатор типа отношения") полями (колонками). В соответствии с сущностью " Свойство отношения" создают четвертую таблицу хранилища информационных объектов с первыми ("Уникальный идентификатор отношения"), вторыми ("Уникальный идентификатор свойства отношения", третьими ("Идентификатор типа свойства отношения") и четвертыми ("Значение свойства отношения") полями (колонками). По третьему способу организации в прикладных схемах могут быть указаны отношения любой мощности и у отношения могут быть указаны свойства отношения. Пример записей конкретных экземпляров информационных объектов и отношений между ними из таблиц на фиг.11 и фиг.12 приведен на фиг.15.
Четвертый и пятый способ организации хранилищ информационных объектов отличаются введением не одной, а групп вторых и четвертых таблиц, что позволяет хранить в каждой из вторых и четвертых таблиц только один тип данных для свойств объектов. Это позволяет упростить процедуры преобразования данных, необходимые в первом и втором способе.
Для третьего и четвертого способа пример записей конкретных экземпляров информационных объектов и отношений между ними из таблиц на фиг.11 и фиг.12 приведен на фиг.16 и фиг.17.
В результате применения предлагаемого изобретения по сравнению с известными способами достигается первичный эффект, заключающийся в повышении функциональные возможности ИС за счет включения в их состав нового информационного средства, обеспечивающего хранение произвольных и заранее неопределенных информационных объектов.
Выше представленный подход позволит получить значительный экономический эффект за счет:
- уменьшения затраты на эксплуатацию ИС из-за исключения необходимости изменений структур баз, хранилищ и витрин данных;
- уменьшения затраты на эксплуатацию ИС из-за исключения необходимости переноса накопленных данных из существовавших баз данных в новые при замене первых (решение проблемы наследования данных).
От использования предлагаемого изобретения следует ожидать и вторичный эффект, заключающийся в уменьшении затрат на создание ИС из-за повышения уровня унификации информационных средств; однотипные хранилища информационных объектов могут быть использованы для организации операционных баз данных, хранилищ и витрин данных.
Особенно актуально использование предложения в автоматизированных информационных системах для организации на основе хранилищ информационных объектов операционных баз данных. Возможно использование предложения в системах поддержки принятия решений и информационно аналитических системах для организации хранилищ и витрин данных.
Источники информации
1. RU, заявка №2000101713, кл. G06F 17/00, 2001.
2. RU, патент №2225033, кл. G06N 1/00, 2004.
3. Стандарт IDEF1X.