СИСТЕМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В БАЗЕ ДАННЫХ

Предлагаемая система относится к средствам представления данных в информационных базах, предназначенных для упорядоченного хранения данных об объектах, манипулирования данными, анализа, обработки и обеспечения удовлетворения запросов об объектах пользователей.
Предлагаемая система может быть использована при создании систем управления базами данных (СУБД).
Известна система представления данных, основанная на реляционной модели представления данных (см. Codd E.F. A relational model of data for large shared data banks //Comm. ACM, v. 13, no. 6, 1970, p.377-387.).
Однако, известная система представления данных отличается относительной сложностью реализации связей «многие ко многим» между данными предметной области методами структурирования, что влечет за собой разреженность отношений и дублирование информации, а также отсутствие операций многомерного анализа данных. Как одно из следствий этого, для осуществления операций многомерного анализа данных создаются дополнительные надстройки над реляционными СУБД (см. Е. F. Codd, S.B.Codd. Providing OLAP. On-line Analytical Processing to User-Analists: An IT Mandate. C. T, Salley, E. F. Codd & Associates, 1993).
По технической сущности, наиболее близкой к предлагаемой системе, является система представления данных заданной структуры в реляционной базе данных, состоящая из узлов для записи характеристик объектов, включающих таблицы данных реляционной базы, и содержащая блоки данных заданной структуры об объектах, включающих идентификаторы и характеристики объектов, характеризующаяся тем, что в строки указанных таблиц данных введены дополнительные идентификаторы, взаимосвязанные с соответствующими идентификаторами объектов блоков данных заданной структуры, в реляционную базу данных введен узел для записи, включающий таблицу, строки которой содержат указанные дополнительные идентификаторы и другие элементы записи, взаимосвязанные с характеристиками соответствующих объектов, (см. Св-во на ПМ №12619 U1, кл. G06F 17/30, от 20.01.2000).
Физическая структура реляционной базы данных представлена как блоки данных, включающие записи заданной структуры, содержащие информацию о предметной области, (т.е. о предметах и действиях, информацию о которых необходимо сохранить в базе данных), взаимосвязанные между собой, таким образом,
что в результате группирования они представляются в виде таблиц. Используя общие характеристики в блоках данных, в частности в таблицах, например такие, как уникальный ключ исходной записи, - данные преобразовываются между собой в ту или иную таблицу реляционной базы данных. При этом таблицы данных реляционной базы данных являются узлами, предназначенными для записи характеристик объектов предметной области.
Основным недостатком этой известной системы является сложность реализации связей «многие ко многим» между данными предметной области методами структурирования, что влечет за собой разреженность отношений и дублирование информации, а также отсутствие операций многомерного анализа данных.
Кроме того, в известной системе предметная область состоит из данных лишь одной заданной структуры, что требует предварительного преобразования данных предметной области.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы за счет усовершенствования структуры блоков и узлов с обеспечением выполнения операций многомерного анализа данных.
Дополнительным техническим результатом является разработка системы, не требующей предварительного преобразования данных предметной области.
Достигается это тем, что предлагаемая система представления данных в базе данных содержит средство управления векторно-матричными базами данных, взаимосвязанное с векторно-матричной базой данных и с блоком хранения данных предметной области, причем векторно-матричная база данных включает взаимосвязанные между собой узел хранения множеств значений характеристик объектов предметной области и узел хранения многомерных матриц, первый вход-выход узла хранения множеств значений характеристик объектов предметной области является первым входом-выходом векторно-матричной базы данных, второй вход-выход узла хранения множеств значений характеристик объектов предметной области является вторым входом-выходом векторно-матричной базы данных, первый вход-выход узла хранения многомерных матриц является третьим входом-выходом векторно-матричной базы данных, второй вход-выход узла хранения многомерных матриц является четвертым входом-выходом векторно-матричной базы данных, третий вход-выход узла хранения множеств значений характеристик объектов предметной области и третий вход-выход узла хранения многомерных матриц объединены, а средство управления векторно-матричными базами данных включает узел
структурирования данных и узел обработки структурированных данных, первый вход-выход узла структурирования данных является первым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных, второй вход-выход узла структурирования данных является вторым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных, третий вход-выход узла структурирования данных является третьим входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных и взаимосвязан с входом-выходом блока хранения данных предметной области, четвертый вход-выход узла структурирования данных является четвертым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных, первый вход-выход узла обработки структурированных данных является пятым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных, второй вход-выход узла обработки структурированных данных является шестым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных, третий вход-выход узла обработки структурированных данных является седьмым входом-выходом средства управления векторно-матричными базами данных.
Кроме того, векторно-матричная база данных содержит узел хранения множеств значений характеристик объектов предметной области для представления объектов предметной области и узел хранения многомерных матриц для представления связей между объектами предметной области, а средство управления векторно-матричными базами данных содержит узел структурирования данных, выполняющий операции структурирования данных предметной области, основанные на методах структурирования векторно-матричной модели данных, и узел обработки структурированных данных, выполняющий операции обработки данных векторно-матричной базы данных, включая теоретико-множественные операции и операции алгебры многомерных матриц и их комбинации, при этом блок хранения данных предметной области содержит данные различных структур предметной области.
Сущность технического решения заключается в том, что выполнение предложенной системы вышеописанным образом позволяет достигнуть поставленные технические результаты.
Сравнение предложенной системы с ближайшим аналогом позволяет утверждать о соответствии критерию «новизна».
Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного использования.
На фиг.1 представлена функциональная блок-схема заявленной системы.
Система содержит средство 2 управления векторно-матричными базами данных, взаимосвязанное с векторно-матричной базой 1 данных и с блоком 3 хранения данных предметной области. Векторно-матричная база 1 данных включает взаимосвязанные между собой узел 4 хранения множеств значений характеристик объектов предметной области и узел 5 хранения многомерных матриц, причем первый вход-выход 6-1 узла 4 хранения множеств значений характеристик объектов предметной области является первым входом-выходом 7-1 векторно-матричной базы 1 данных, второй 6-2 вход-выход узла 4 хранения множеств значений характеристик объектов предметной области является вторьм 7-2 входом-выходом векторно-матричной базы 1 данных, первый 8-1 вход-выход узла 5 хранения многомерных матриц является третьим 7-3 входом-выходом векторно-матричной базы 1 данных, второй 8-2 вход-выход узла 5 хранения многомерных матриц является четвертым 7-4 входом-выходом векторно-матричной базы 1 данных, третий 6-3 вход-выход узла 4 хранения множеств значений характеристик объектов предметной области и третий 8-3 вход-выход узла 5 хранения многомерных матриц объединены.
Средство 2 управления векторно-матричными базами данных включает узел 9 структурирования данных и узел 10 обработки структурированных данных, первый 11-1 вход-выход узла 9 структурирования данных является первым 12-1 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных, второй вход-выход 11 -2 узла 9 структурирования данных является вторым 12-2 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных, третий вход-выход 11-3 узла 9 структурирования данных является третьим 12-3 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных и взаимосвязан с входом-выходом блока 3 хранения данных предметной области.
Четвертый вход-выход 11-4 узла 9 структурирования данных является четвертым 12-4 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных, первый вход-выход 13-1 узла 10 обработки структурированных данных является пятым 12-5 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных, второй вход-выход 13-2 узла 10 обработки структурированных данных является шестым 12-6 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными базами данных, третий вход-выход 13-3 узла 10 обработки структурированных данных является седьмым 12-7 входом-выходом средства 2 управления векторно-матричными
базами данных. Входы-выходы 12-4 и 12-7 средства 2 управления векторно-матричными базами данных служат для подключения к шине процессорной системы (на чертеже не показано). Блок 3 хранения данных предметной области содержит данные различных структур предметной области, что позволяет сократить время предварительной обработки данных предметной области перед их представлением в векторно-матричной базе 1 данных. Средство 2 управления векторно-матричными базами данных основывается на векторно-матричной модели представления данных. Узел 9 структурирования данных предметной области основывается на методах структурирования данных предметной области векторно-матричной модели представления данных. Узел 10 обработки структурированных данных основывается на операциях обработки данных векторно-матричной модели представления данных.
С помощью узла 9 структурирования данных предметной области, данные предметной области представляются в векторно-матричной базе 1 данных с помощью узла 4 хранения множеств значений характеристик объектов предметной области и узла 5 хранения многомерных матриц, с помощью которых представляются связи между значениями характеристик объектов предметной области.
1
p
α
1
p
Работа предложенной системы основывается на векторно-матричной модели представления данных, в которой данные предметной области описываются в терминах множеств и многомерных матриц. Основной структурой данных для описания объектов предметной области выбрано множество. Основной структурой данных для описания связей между объектами предметной области выбрана р - мерная (многомерная) матрица  которая определяется как совокупность элементов  где индексы i,...,i принимают значения от 1 до n(α=1,...р) соответственно, р - мерная матрица содержит n×...×n элементов. Множества используются для представления объектов предметной области. Многомерные матрицы - для представления связей между объектами. Все элементы множеств нумеруются по порядку, создавая вектор, который является индексом при формировании многомерных матриц, которые описывают связи между элементами различных множеств, объектов предметной области.
Методы структурирования данных векторно-матричной модели представления данных, применительно к неструктурированным данным произвольной предметной области, используемые в узле 9, сводятся к последовательному выполнению следующих трех операций:
k
1
2
k
k
1
2
k
1
2
1
2
1
2
p
i
n
i
- «факторизация множества объектов предметной области по отношению эквивалентности R», для которой предметная область представляется в виде некоторого множества объектов X, при этом каждый объект хХ характеризуется некоторым набором k атрибутов, которые являются значениями одноместных функций F: f(x), f(x),..., f(x) из множества одноместных функций F: f(x), f(x),..., f(x), заданных на множестве объектов X, k≤n, и на множестве Х определяется отношение эквивалентности R, такое, что элементы хХ и хХ являются эквивалентными, если набор одноместных функций, определенных на х и х совпадает, при этом отношение эквивалентности R преобразует множество объектов Х в фактор-множество X/R, состоящее из классов эквивалентности Х, Х,...,Х, в котором каждый объект х из класса эквивалентности Х, где i=1,...,р, содержит набор атрибутов  где набор значений одноместных функций  множества одноместных функций F определяет класс эквивалентности Х;
i
1
2
k
- «добавление для каждого объекта х трех дополнительных атрибутов»: Id(x) -индивидуальный идентификатор объекта х; Num(x) - порядковый номер объекта х в классе эквивалентности Х где i=1,..., р, область значений Num(x) - множество натуральных чисел; Selector(x) - представление объекта х, кортеж из произвольного набора атрибутов объекта, т.е. значений Id(x}, Num(x),f(x),f(x),...,f(x);
1
n
1
n
1
2
n
- «построение многомерных матриц»: для декартового произведения некоторого набора классов эквивалентности  из классов эквивалентности фактор-множества X/R определена функция  областью определения которой является набор кортежей  рассматриваемого декартового произведения, которая сопоставляет каждому кортежу из набора  некоторое значение α; каждый объект х имеет атрибут Num(x), следовательно, каждое значение функции f можно представить следующим образом  можно интерпретировать как элементы n - мерной матрицы  где значением элемента αi...i матрицы, будет являться значение функции  а значениями каждого из индексов i,...,i элемента  матрицы будут атрибуты объектов Num(x),Num(x),...,Num(x) соответственно,
k
k
и каждый индекс i,k=1,...,n матрицы принимает значения от 1 до количества объектов соответствующего класса эквивалентности Х.
В векторно-матричной модели представления данных определяются следующие правила ограничения целостности, используемые в узле 9:
элементы каждого из множеств нумеруются в нем по порядку;
присвоенный элементу номер, не изменяется и не может быть присвоен какому либо другому элементу, даже после удаления первого элемента из множества;
удаление элемента из множества должно повлечь за собой проверку существования ссылок на элемент в многомерных матрицах;
элемент множества может быть удален только после предшествующего удаления всех ссылок на него в многомерных матрицах.
В векторно-матричной модели представления данных операции обработки данных, используемые в узле 10, включают в себя:
а). теоретико-множественные операции: объединение, разность, пересечение, декартово произведение, а также их комбинации;
б). операции алгебры многомерных матриц: сложение, (λ, μ) свернутое произведение, свертка, сечение, транспонирование, а также их комбинации (см. Соколов Н.П. Введение в теорию многомерных матриц. - Киев: Наукова думка, 1972.);
в). комбинации теоретико-множественных операций и операций алгебры многомерных матриц.
Предложенная система обладает расширенными функциональными возможностями перед системой представления данных заданной структуры в реляционной базе данных так как:
- векторно-матричная модель представления данных, в отличие от реляционной модели представления данных, позволяет представить в базе данных средствами векторно-матричных методов структурирования связи между объектами предметной области с типом «многие ко многим»;
- операции обработки данных векторно-матричной модели представления данных включают в себя операции обработки данных реляционной модели представления данных и операции многомерного анализа данных алгебры многомерных матриц, а также комбинации теоретико-множественных операций и операций алгебры многомерных матриц.
- преимущество обязательного представления в векторно-матричной базе данных всех связей между объектами предметной области в формате «многие ко многим» упрощают процедуру описания схемы векторно-матричной базы данных, избавляя специалиста, использующего методы структурирования данных векторно-матричной модели представления данных, от необходимости указания типов связей при описании структур данных узлов базы данных.
Следует отметить, что недостаток, возникающий при постоянном представлении связей в формате «многие ко многим», заключающийся в большой разреженности многомерных матриц, решается с помощью реализации векторно-матричной базы данных с помощью иерархических структур (см. Левин Н.А., Сергеев В.П. Иерархическое представление алгебры многомерных матриц. Деп. ВИНИТИ 12.09.06. №1149-В2006,13 с.).
При этом предложенная система по сравнению с ближайшим аналогом не требует предварительного преобразования данных предметной области.
Таким образом, в заявленной системе достигается поставленный технический результат.