Информатика_Гуда
.pdf
Глава 4. Офисные приложения операционных систем 
При ограничениях:
n
∑aij x j bi , j=1
ãäå ñ0, ñj, aij, bi – действительные числа, xij ≥ 0 , i = 1... m , j =1... n .
Для рассмотренного примера математическая формулировка задачи может выглядеть следующим образом:
минимизировать функцию Р = — 2 Х1 — 4 Õ2 при ограничениях: 3 Х1 + 4 Õ2 ≤ 1700,
2 Õ1 + 5 Õ2 ≤ 1600, Õ1, Õ2 ≥ 0.
Методика выполнения заданий
В MS Excel постановка задачи примера (рис. 4.100) формулируется следующим образом:
•установить целевую ячейку G16, равной максимальному значе- нию, изменяя ячейки В15:E15;
•ограничения: В15:E15 >= 0; L7<=F7; L8<=F8.
Рис.4.100
201
Информатика
4.7.4. Транспортная задача
Постановка задачи
Имеется m исходных пунктов, на которых сосредоточен однородный продукт (уголь на m шахтах, зерно на m элеваторах, вооружение на m складах, информация в m пунктах). Известно количество продукта ai на каждом пункте (i=1...m). Имеется n конечных пунктов (пунктов назначения), в которые должен быть доставлен продукт в количестве bj (j=1...n) на каждый пункт. Известна также стоимость cij доставки ед. груза по маршруту Ai — Bj.
Задача заключается в определении такого плана доставки грузов, при котором либо вывозятся все ресурсы из исходных пунктов, либо удовлетворяются потребности всех пунктов назначения и при котором суммарные затраты на транспортировку минимальны.
Задача может быть представлена в виде графа (рис. 4.101). Рассмотрим линейную транспортную задачу (ЛТЗ) с m = 2, n = 3.
Ñ |
11 |
|
Â1 |
À1 |
|
|
|
|
Ñ12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ñ13 |
Â2 |
|
|
|
Ñ22 |
Ñ21 |
|
|
|
À2 |
|
Ñ23 |
Â31 |
|
|
Рис. 4.101
Над стрелками — стоимости, которые обычно зависят от средств транспортирования, расстояния, тарифов, других факторов. Очевидно, что число маршрутов примера = 6, а в общем случае = mЧn.
Математическая постановка задачи
Обозначим переменной xij объем перевозок по маршруту Ai — Bj. Тогда ограничения могут быть сформулированы следующим образом:
202
• перевозки осуществляются только из исходных пунктов в пункты
назначения: xij ≥ 0, |
i =1...m, j=1...n. |
|
m n |
Целевая функция имеет вид F = ∑∑cij xij и подлежит минимиза- |
|
öèè. |
i=1 j=1 |
Методика выполнения задания
Рассмотрим выполнение задания на примере. Пусть имеется 4 исходных пункта со следующими запасами продукта (например, в тоннах): a1=15; a2 =10; a3 =25; a4 =30 (ячейки С5:С8 на рис. 4.102); имеется также 6 пунктов назначения с потребностями: b1 =10; b2 =15; b3 =5; b4 =35; b5 =5; b6 =10 (ячейки D4:I4). Стоимость перевозки единицы груза по маршруту Ai — Bj представлена матрицей стоимостей (ячейки D5:I8 на рис. 4.102).
Рис. 4.102
203
Информатика
На рис. 4.103 представлены матрица перевозок и вспомогательная матрица для расч¸та целевой функции, а также формулы, внес¸нные в соответствующие ячейки.
Рис. 4.103
В MS Excel постановка задачи примера (указание на целевую ячейку и формулировка условий) показана на рис. 4.104.
Рис. 4.104 
204
Глава 4. Офисные приложения операционных систем 
Перед запуском поиска решения необходимо установить в разделе «Параметры» признак «Линейная модель» (рис. 4.105).
Рис. 4.105
На рис. 4.106 показан результат поиска решения (F=115).
Рис. 4.106
205
ГЛАВАИнформатика5
БАЗЫ ДАННЫХ
5.1. Введение в базы данных
Современный пользователь ПК неизбежно сталкивается с проблемой сохранения и обработки больших массивов данных. В теории их принято называть банками данных. Когда осуществляется автоматизация хранения пользовательских банков данных, тогда говорят об их компьютерном представлении в виде баз данных. Но база данных сама по себе не может предоставить пользователю удобства хранения и доступа к информации, поэтому более верным является определение системы управления базами данных (СУБД). Дадим определения основным понятиям.
K Банк данных (БнД) – форма организации, хранения и доступа к информации в виде системы специальным образом организованных данных.
K Базы данных (БД) представляют собой совокупность программных, языковых, технических, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных.
Отличительные особенности БнД состоят в следующем:
1.Они создаются для многоцелевого использования (т.е. для нескольких пользователей и нескольких программ).
2.Имеется наличие специальных языковых и программных средств, которые облегчают пользователям выполнение таких операций, как хранение данных, корректировка, доступ к данным.
Использование БнД для организации и управления информационными системами имеет следующие преимущества:
1.Интегрированное хранение данных в банках обеспечивает непротиворечивостьинформации,сокращаетизбыточностьхранимыхданных. Это приводит к сокращению затрат на создание и хранение данных и поддержания их в актуальном состоянии.
2.Централизованное управление данными. От этих функций освобождаются все пользователи кроме администраторов банка данных.
3.БнД обеспечивают независимость прикладных программ от данных. При создании локальных программ пользователь только обращается в БнД за данными.
206
Глава 5. Базы данных 
4.Работать с базой данных могут любые пользователи, в том числе и непрофессионалы в области обработки данных.
К банкам данных предъявляется ряд требований.
1.Полнота, целостность и непротиворечивость данных, актуальность информации.
2.Возможность взаимодействия пользователей разных категорий и
âразных режимах.
3.Малое время на освоение системы, особенно для конечных пользователей.
4.Обеспечение секретности для некоторой части данных.
5.Обеспечение взаимной независимости программ и данных.
6.Обеспечение надежности функционирования БнД: защита данных от случайного преднамеренного разрушения, возможность быстрого и полного восстановления данных при разрушении.
5.2. Структура и пользователи банка данных
Состав банка данных (компоненты) представлены на рис. 5.1.
Банк данных
Информационная |
|
Программные |
|
Языковые |
|
Технические |
|
|
Организационно- |
||||
компонента |
|
средства |
|
средства |
|
средства |
|
|
методические |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средства |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
ÑÓÁÄ |
|
|
|
Администратор |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ÁÄ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.1
БД включают основные и вспомогательные компоненты.
•КосновнымкомпонентамБнДотносятся:информационнаясоставляющая, программные средства, языковые средства. Последние два формируют СУБД.
•К вспомогательным компонентам относятся: Организационнометодические средства, технические средства и администратор БнД.
Информационная составляющая определяет ядро БнД – базу данных. Кроме этого, в БнД входят и описания БД – метаинформация (ин-
207
Информатика
формация об информации). Описание БД называют схемой. Кроме всего, в БнД может храниться информация о пользователях БнД.
Программные средства обеспечивают взаимодействие всех частей системы при функционировании (рис. 5.2).
Программные средства
Программная |
|
Операционная |
|
Прикладные |
компонента |
|
система |
|
программы |
|
|
|
|
|
ßäðî ÑÓÁÄ 
Транслятор 
Утилиты
Рис. 5.2
Основу программных средств составляет СУБД, которая включает:
•ядро СУБД, обеспечивающее функции организации ввода, обработки и хранения данных;
•трансляторы — средства обеспечения настройки системы и средства тестирования;
•утилиты для обеспечения вспомогательных функций.
Почти все СУБД работают в среде универсальных ОС и взаимодействуют с ними, используя их возможности. Прикладные программы служат для обработки запросов в базах данных.
Языковые средства обеспечивают взаимодействие пользователей с БнД и предназначены для пользователей разных категорий: для конеч- ных пользователей, системных аналитиков и профессиональных программистов.
По своим функциональным возможностям выделяют следующие категории языков:
•языки обеспечения запросов на вывод и печать данных в нужном виде (в чистом виде такие языки редко используются);
•комплексные языки запросов – обновлений (запрос с нескольких файлов, формирования промежуточных своих файлов);
•генераторы отчетов, служащие для формирования и вывода в требуемом виде отчетов и других документов по данным БД;
208
Глава 5. Базы данных 
•графические языки, позволяющие представить информацию в графической форме (самая удобная форма для анализа), получают в последнее время широкое распространение;
•инструментальные средства поддержки решений для создания систем принятия решений и др.
По форме представления языки бывают: аналитические, графические, табличные. В качестве технических средств почти всегда используются универсальные ЭВМ и периферийные средства для ввода информации в БД и отображения выводимой информации. Редко используются специальные технические средства БнД – машины баз данных.
Организационно-методические средства БнД представляют собой различные инструкции, методические и регламентирующие материалы.
Администраторы банка данных (АБД) – это группа лиц (специалистов), обеспечивающих создание, функционирование и развитие БнД.
Среди пользователей БнД можно выделить две группы: конечные пользователи и администраторы банка данных.
Êконечным пользователям относятся: основная категория конечных пользователей (для которых БнД создается); случайные пользователи; регулярные пользователи.
Администраторы банков данных включают: проектировщиков технологических процессов обработки данных; системные программисты; прикладные программисты; операторы; специалисты по техническому обслуживанию.
Êосновным функциям, выполняемым этими группами работников, можно отнести:
1) анализ предметной области (описание, ограничения, статус информации, потребности пользователей и их статус, определение временных характеристик обработки данных);
2) проектирование структуры базы данных (состав и структура БД, связей между ними, методы упорядочения информации);
3) задание ограничений целостности при описании структуры базы данных и процедур обработки БД;
4) первоначальная загрузка и ведение БД (загрузка и ведение БД, формы ввода, контроля и корректировки);
5) защита данных (пароли, тестирование защиты, фиксация попыток несанкционированного доступа);
6) обеспечение восстановления БД; 7) анализ обращений пользователей к БД (сбор статистики обраще-
ний пользователя к БД, ее хранение и анализ);
209
Информатика
8)анализэффективностифункционированияБнДиразвитиесистемы;
9)работаспользователями (измененияпредметнойобластиБД,оценка пользователями работы БД, обучение и консультации);
10)подготовка и поддержание системных программных средств; 11)организационно-методическая работа (направления развития си-
стемы, этапы развития, выпуск различных материалов по БД). Каждая функция включает:
1)определение границ информации, включаемой в БнД;
2)формы ввода документов, контроля, корректировки их;
3)организация паролей, проверка несанкционированного доступа, защита от разрушения информации;
4)обеспечения средствами восстановления от случайного разрушения баз;
5)сбор статистики обращения пользователей к БД, ее хранение
èò. ä.
6)определение показателя эффективности, прибыльности, перспектив развития системы;
7)обеспечивает изменение предметной области для пользователей, оценка полезности БнД, проведение консультаций, обучение;
8)покупки новых СУБД и их внедрение, новых пакетов прикладных программ;
9)планирование развития системы, определение этапов развития, выпуск методических и других материалов по работе с БнД и т. д.
К основным активным связям – взаимодействиям в работе по созданию и поддержанию БнД можно отнести связи администратора с руководителями предприятия (перспективы развития предприятия, требования к БнД, отзыв о работе БнД, динамичность развития, очередность подключения конечных пользователей, уточнение особенностей и др.), с внешними по отношению к нему группами специалистов и, прежде всего, с поставщиками СУБД и прикладными программными продуктами, администраторами других БнД.
5.3. Классификация банков и баз данных
Центральным компонентом банка данных является база данных, и большинство классификационных признаков относится именно к ней.
По форме представления информации БнД делятся на: видеосистемы; аудиосистемы; мультимедиа.
БД, содержащие символьные данные, могут быть: неструктурированные; частично структурированные; структурированные.
210