lb_IIsem / L4

Лабораторна робота №4

Тема роботи: База даних і база знань як складові частини експертної системи.

Мета роботи: Вивчення основних можливостей представлення знань з використанням технічних засобів.

Теоретичні відомості

Експертна система – основний засіб інформаційної технології. Експертні системи використовують знання, які вводять експерти за допомогою певних засобів і у певному вигляді – представленні.

База знань – це знання, імплементовані у технічний засіб. База знань входить до ядра експертної системи. База даних являє собою сукупність даних різного характеру, організованих за певними правилами. Відмінність бази знань від бази даних полягає у тому, що базі знань властива „творча” спроможність. Факти в базі даних – пасивні: вони або є, або їх немає. База знань активно пробує поповнювати і міняти факти.

Сучасною формою інформаційних систем є банки даних, що мають у своєму складі:

• обчислювальну систему;

• систему керування базами даних;

• одну або декілька баз даних;

• набір прикладних програм.

База даних забезпечує зберігання інформації, а також зручний і швидкий доступ до даних. Інформація в базі даних повинна бути:

• несуперечливою;

• не надлишковою;

• цілісною.

В залежності від виду організації даних розрізняють наступні основні моделі представлення даних в базі:

• ієрархічну;

• мережеву;

• реляційну;

• об’єктно-орієнтовану.

Реляційна модель, запропонована в 70-х роках ХХ століття співробітником фірми ІВМ Едгаром Коддом, отримала назву від англійського терміна relation (відношення). Реляційна база даних являє собою сукупність таблиць, пов’язаних відношеннями. Перевагами реляційної моделі даних є простота, гнучкість структури, зручність реалізації на комп’ютері, наявність теоретичного опису. Більшість сучасних баз даних для персональних комп’ютерів є реляційними.

Проектування баз даних

Проектування реляційної бази даних полягає головним чином в розробці структури даних, тобто у визначенні складу таблиць і зв’язків між ними. При цьому структура повинна бути ефективною і забезпечувати:

• швидкий доступ до даних;

• відсутність дублювання даних;

• цілісність даних.

Проектування структури даних також називають логічним проектуванням, або проектуванням на логічному рівні.

При проектуванні структур даних можна виділити три основних підходи:

• збір інформації про об’єкти вирішуваної задачі в межах однієї таблиці (одного відношення) і подальше її розбиття на декілька взаємопов’язаних таблиць на основі нормалізації відношень;

• формулювання знань про систему (визначення типів вихідних даних ї їх взаємозв’язків) і вимог до обробки даних, а потім отримання шляхом використання засобів CASE схеми бази даних або готової прикладної інформаційної системи;

• структурування інформації в результаті системного аналізу на основі сукупності правил і рекомендацій.

Проектування може виконуватися класичним способом, коли експерт збирає і виділяє об’єкти системи та їх характеристики, після чого вручну приводить їх до потрібної структури даних. Крім того, для проектування можна використовувати так звані CASE-системи, які автоматизують процес розробки не тільки бази даних, але й інформаційної системи в цілому.

Нормалізація бази даних

Нормалізація баз даних – це процес зменшення надлишковості інформації в БД. При розробці структури БД можуть виникнути проблеми, зв'язані з надлишковістю даних чи з аномаліями.

Під надлишковістю даних розуміють дублювання даних, що містяться в БД. При цьому розрізняють просте (ненадлишкове) дублювання і надлишкове дублювання даних.

Надлишковість даних при виконанні операцій з ними приводить до різних аномалій – порушенню цілісності БД. Виділяють аномалії: видалення; відновлення; введення.

Приведення до нормальних форм

Процес проектування БД із використанням методу нормальних форм є ітераційним (покроковим) і полягає в послідовному приведенні за визначеними правилами відношень з першої нормальної форми в нормальні форми більш високого порядку. Кожна наступна нормальна форма обмежує визначений тип функціональних залежностей, усуває відповідні аномалії при виконанні операцій над відношеннями БД і зберігає властивості попередніх нормальних форм.

Є така послідовність нормальних форм: перша нормальна форма; друга нормальна форма; третя нормальна форма; посилена третя нормальна форма, чи нормальна форма Бойса-Кодда; четверта нормальна форма; п'ята нормальна форма.

Проектування починається з визначення всіх об'єктів, інформація про які повинна міститися в БД, і визначені атрибутів (характеристик) цих об'єктів. Атрибути всіх об'єктів зводяться в одну таблицю, що є початковою. Потім ця таблиця послідовно приводиться до нормальних форм відповідно до їхніх вимог. На практиці звичайно використовуються три перших нормальних форми.

Перша нормальна форма:

Таблиця приведена до першої нормальної форми, якщо виконуються такі умови:

• поля містять неподільну інформацію;

• у таблиці відсутні повторювані групи полів.

Друга нормальна форма:

• таблиця повинна задовольняти вимогам першої нормальної форми;

• будь-яке неключове поле повинне однозначно ідентифікуватися ключовими полями.

Третя нормальна форма

• таблиця повинна задовольняти вимогам другої нормальної форми;

• жодне з неключових полів не повинне однозначно ідентифікуватися значенням іншого неключового поля (полів).

Приведення таблиці до третьої нормальної форми припускає виділення в окрему таблицю (таблиці) тих полів, що не залежать від ключа.

Приклад: структура нормалізованої бази даних для зберігання інформації про футбольний чемпіонат країни.

Завдання до лабораторної роботи

Вибрати згідно варіанту початкове відношення і спроектувати нормалізовану базу даних

Зміст звіту

Звіт повинен містити:

1. Завдання до роботи.

2. Початкове відношення (початкову таблицю) бази даних.

3. Таблиці бази даних, приведеної до третьої нормальної форми.

4. Висновки.

Варіанти завдань

№ п/п	Відношення та його атрибути
1	Фірма (шифр клієнта, ім’я клієнта, телефон клієнта, шифр замовлення, дата замовлення, сума замовлення, строк виконання замовлення).
2	Автовласник (шифр власника авто, ім’я власника, адреса власника, номер водійського посвідчення, номер автомобіля, марка автомобіля, рік придбання автомобіля).
3	Гараж (номер боксу, площа боксу, наявність ями, номер приписаного до боксу автомобіля, марка автомобіля).
4	CD-дискотека (номер компакт-диску, назва компакт-диску, тип компакт-диску (CD, CD-R, CD-RW), номер програми, назва програми, призначення програми, об’єм програми у мегабайтах).
5	Житловий будинок (номер будинку, вулиця будинку, кількість квартир, рік здачі в експлуатацію, номер квартири, кількість кімнат, житлова площа квартири, кількість мешканців).
6	Перукарня (шифр майстра, ім’я майстра, рік народження майстра, спеціальність майстра, шифр послуги, назва послуги, ціна послуги, дата надання послуги).
7	Покупці (шифр покупця, ім’я покупця, стать покупця, телефон покупця, дата замовлення товару покупцем, шифр товару, назва товару, ціна товару за одиницю, кількість замовленого товару).
8	Поліклініка (шифр пацієнта, ім’я пацієнта, рік народження пацієнта, адреса пацієнта, дата відвідування поліклініки, шифр лікаря, діагноз).
9	Магазин (шифр продавця, ім’я продавця, рік народження продавця, адреса проживання продавця, відділ продавця, шифр товару у відділі, назва товару, ціна товару за одиницю).
10	Список працівників (табельний номер працівника, ім’я працівника, рік народження працівника, стать працівника, адреса працівника, номер робочого телефону, номер кабінету, кількість робочих місць у кабінеті).
11	Інвентар (шифр відповідальної особи, ім’я відповідальної особи, посада відповідальної особи, шифр закріпленої матеріальної цінності, назва закріпленої матеріальної цінності, придатність до списання матеріальної цінності, назва лабораторії).
12	Бібліотека (шифр абонента, ім’я абонента, рік народження абонента, стать абонента, адреса абонента, шифр книги, назва книги, автор книги, рік видання книги, видавництво книги, дата видачі книги на руки, дата повернення книги у бібліотеку).

Контрольні запитання

1. Поняття експертної системи.

2. База знань і база даних.

3. Моделі представлення даних в базі. Особливості реляційної моделі.

4. Проектування баз даних.

5. Нормалізація баз даних.

Рекомендована література

1. Кириллов А.А. Элементы теории представлений. – М.: Наука, 1972.

2. Проектирование интегрированных баз данных. / А.А. Стогний, В.Э.Вольфенгаген, В.А.Кушниров и др. – К.: Техника, 1987.

3. Delphi 7 / под ред. А.Д.Хомоненко. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003.