Тема 6. Структура экономических информационных систем

Введение.

Экономическая информационная система – это система, функционирование которой во времени заключается в сборе, хранении, обработке и распространении информации о деятельности какого-либо экономического объекта реального мира.

Основные задачи для ЭИС:

- Обработка данных,

• Автоматизация конторских работ,

• Поиск информации,

• Отдельные задачи, основанные на методах ИИ.

Список изучаемых разделов лекции:

• Классификация ЭИС.

• Структура ЭИС.

Словарь терминов.

• БАЗА ДАННЫХ – набор истинных для данной системы сообщений, которые не противоречат друг к другу и к концептуальной схеме системы.

• ИНДЕКСИРОВАНИЕ – процесс определения тем документа и их отражения на языке, принятом в ИПС, а также их записи в виде поисковых образов, которые связываются с документом.

• МОДЕЛЬ СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ – семантическая модель данных предметной области в виде графической диаграммы объектов и их связей.

Классификация ЭИС.

С функциональной точки зрения ЭИС классифицируются:

• Системы обработки данных СОД

• Автоматизированные системы управления АСУ.

• Информационно-поисковые системы ИПС.

СОД – это система, преобразующая поток входной информации в поток выходной информации по определенным алгоритмам.

АСУ – это СОД, способная выполнять выбор управленческих решений.

ИПС – это система поиска в определенном множестве документов тем, которые посвящены указанной в информационном запросе теме или содержат необходимые сведения.

Структура ЭИС.

Виды информации, имеющейся в ЭИС:

• Входящая И+, которая делится на:

• Входящую внешнюю Ив+

• Входящую внутреннюю (первичную) Ип+.

• Исходящая И-, которая делится на:

• исходящую внешнюю Ив -

• исходящую внутреннюю (первичную) Ип -.

Внутренняя информация ЭИС, которая подвергается обработке:

- Необрабатываемая Ин+ (И в. н.+ и И п. н.+ ).

• Необрабатываемая Ин - (И в. н.- и И п. н.- ).

• Обрабатываемая Иоб.

• Производная (результат обработки) И’.

• Результатная (для управления) Ир.

• Промежуточная И’пр.

• Исходная Ио.

Пример: ЭИС по складированию продукции.

Подсистема ЭИС, обеспечивающая учет брака:

Приемщик ОТК изучает сдаваемую продукцию, определяет ее качество и при обнаружении брака регистрирует в «Извещении о браке» первичные данные (количество изделий, вес, операцию, на которой возник брак, причину брака и т. д.).

Документы по данной системе приведены в таблице.

Рассмотренные вопросы лекции:

1. Классификация ЭИС

2. Структурные схемы функционирования ЭИС.

3. Структура информационных связей ЭИС.

Практические работы: Изучение структуры ЭИС складирования промышленной продукции

Тема 7. Модели экономической информационной системы объекта

Введение.

При моделировании ЭИС объекта любой предметной области используют прежде всего семантическое представление в виде ER-модели при высокоуровневом (концептуальном) проектировании баз данных. С её помощью можно выделить ключевые сущности и обозначить связи, которые могут устанавливаться между этими сущностями. Во время проектирования баз данных происходит преобразование ER-модели в конкретную схему базы данных на основе выбранной модели данных (реляционной, объектной, сетевой или др.).

Словарь терминов.

• МОДЕЛЬ СУЩНОСТЬ-СВЯЗЬ (ER-модель) (entity-relationship model, ERM) – семантическая модель данных предметной области в виде графической диаграммы объектов и их связей.

• СУЩНОСТЬ — реальный или представляемый объект, информация о котором должна сохраняться и быть доступной.

• СВЯЗЬ — графически изображаемая ассоциация, устанавливаемая между двумя типами сущностей.

Пример типа сущности.

• Сущность АЭРОПОРТ с примерными экземплярами «Шереметьево» и «Хитроу» показывает, что в базе данных будут содержаться однотипные структуры данных (экземпляры сущности), описывающие аэропорты с точкой зрения пассажира или пилота международных авиарейсов.

• При определении типа сущности необходимо гарантировать, что каждый экземпляр сущности может быть отличим от любого другого экземпляра той же сущности. Это требование в некотором роде аналогично требованию отсутствия кортежей-дубликатов в реляционных таблицах.

Пример типа связи.

Связь представляется в виде ненаправленной линии, соединяющей две сущности или ведущей от сущности к ней же самой. При этом в месте «стыковки» связи с сущностью используются:

• трехточечный вход в прямоугольник сущности, если для этой сущности в связи могут (или должны) использоваться много (many) экземпляров сущности;

• одноточечный вход, если в связи может (или должен) участвовать только один экземпляр сущности.

Обязательный конец связи изображается сплошной линией, а необязательный — прерывистой линией.

Сущности БИЛЕТ и ПАССАЖИР связывают билеты и пассажиров. Конец связи с именем «для» позволяет связывать с одним пассажиром более одного билета, причем каждый билет должен быть связан с каким-либо пассажиром. Конец связи с именем «имеет» показывает, что каждый билет может принадлежать только одному пассажиру, причем пассажир не обязан иметь хотя бы один билет.

Лаконичная устная трактовка диаграммы:

• каждый БИЛЕТ предназначен для одного и только одного ПАССАЖИРА;

• каждый ПАССАЖИР может иметь один или более БИЛЕТОВ.

Лаконичная устная трактовка диаграммы:

• каждый МУЖЧИНА является сыном одного и только одного МУЖЧИНЫ;

• каждый МУЖЧИНА может являться отцом одного или более МУЖЧИН.

Пример типа сущности.

Атрибутом сущности является любая деталь, которая служит для уточнения, идентификации, классификации, числовой характеристики или выражения состояния сущности. Имена атрибутов заносятся в прямоугольник, изображающий сущность, под именем сущности и изображаются малыми буквами, возможно, с примерами.

Пример типа сущности с атрибутами:

Тип сущности, экземпляры которого идентифицируются комбинацией атрибутов и связей:

Пример построения ER-модели.

При разработке ER-моделей необходимо получить следующую информацию о предметной области:

• Список сущностей предметной области.

• Список атрибутов сущностей.

• Описание взаимосвязей между сущностями.

Пример. Разработать информационную систему по заказу некоторой оптовой торговой фирмы.

Для изучения предметную области и процессов, происходящих в ней, опрашиваем сотрудников фирмы, читаем документацию, изучаем формы заказов, накладных и т.п.

Например, в ходе беседы с менеджером по продажам, выяснилось, что он (менеджер) считает, что проектируемая система должна выполнять следующие действия:

• Хранить информацию о покупателях.

• Печатать накладные на отпущенные товары.

• Следить за наличием товаров на складе.

Выделим все существительные в этих предложениях - будут потенциальные кандидаты на сущности и атрибуты, и проанализируем их (непонятные термины будем выделять знаком вопроса):

• Покупатель - явный кандидат на сущность.

• Накладная - явный кандидат на сущность.

• Товар - явный кандидат на сущность

• (?) Склад - а вообще, сколько складов имеет фирма? Если несколько, то это будет кандидатом на новую сущность.

• (?) Наличие товара - это, скорее всего, атрибут, но атрибут какой сущности?

Сразу возникает очевидная связь между сущностями - "покупатели могут покупать много товаров" и "товары могут продаваться многим покупателям". Первый вариант диаграммы выглядит так:

Задав дополнительные вопросы менеджеру, выясняем, что фирма имеет несколько складов. Причем, каждый товар может храниться на нескольких складах и быть проданным с любого склада.

Связь сущностей "Накладная" и "Склад" между собой и с сущностями "Покупатель" и "Товар": Покупатели покупают товары, получая при этом накладные, в которые внесены данные о количестве и цене купленного товара. Каждый покупатель может получить несколько накладных. Каждая накладная обязана выписываться на одного покупателя. Каждая накладная обязана содержать несколько товаров (не бывает пустых накладных). Каждый товар, в свою очередь, может быть продан нескольким покупателям через несколько накладных. Кроме того, каждая накладная должна быть выписана с определенного склада, и с любого склада может быть выписано много накладных. Таким образом, после уточнения, диаграмма будет выглядеть следующим образом:

Атрибуты сущностей:

• Каждый покупатель является юридическим лицом и имеет наименование, адрес, банковские реквизиты.

• Каждый товар имеет наименование, цену, а также характеризуется единицами измерения.

• Каждая накладная имеет уникальный номер, дату выписки, список товаров с количествами и ценами, а также общую сумму накладной. Накладная выписывается с определенного склада и на определенного покупателя.

• Каждый склад имеет свое наименование.

• Снова выпишем все существительные, которые будут потенциальными атрибутами, и проанализируем их:

• Юридическое лицо - термин риторический, мы не работаем с физическими лицами. Не обращаем внимания.

• Наименование покупателя - явная характеристика покупателя.

• Адрес - явная характеристика покупателя.

• Банковские реквизиты - явная характеристика покупателя.

• Наименование товара - явная характеристика товара.

• (?)Цена товара - похоже, что это характеристика товара. Отличается ли эта характеристика от цены в накладной?

• Единица измерения - явная характеристика товара.

• Номер накладной - явная уникальная характеристика накладной.

• Дата накладной - явная характеристика накладной.

• (?)Список товаров в накладной - список не может быть атрибутом. Вероятно, нужно выделить этот список в отдельную сущность.

• (?)Количество товара в накладной - это явная характеристика, но характеристика чего? Это характеристика не просто "товара", а "товара в накладной".

• (?)Цена товара в накладной - опять же это должна быть не просто характеристика товара, а характеристика товара в накладной. Но цена товара уже встречалась выше - это одно и то же?

• Сумма накладной - явная характеристика накладной. Эта характеристика не является независимой. Сумма накладной равна сумме стоимостей всех товаров, входящих в накладную.

• Наименование склада - явная характеристика склада.

• Имеется две цены - цена товара в накладной и текущая цена товара.

• Сущности "Накладная" и "Товар" связаны друг с другом отношением типа много-ко-многим. Такая связь должна быть расщеплена на две связи типа один-ко-многим. Для этого требуется дополнительная сущность: "Список товаров в накладной". Связь ее с сущностями "Накладная" и "Товар" характеризуется следующими фразами - "каждая накладная обязана иметь несколько записей из списка товаров в накладной", "каждая запись из списка товаров в накладной обязана включаться ровно в одну накладную", "каждый товар может включаться в несколько записей из списка товаров в накладной", " каждая запись из списка товаров в накладной обязана быть связана ровно с одним товаром". Атрибуты "Количество товара в накладной" и "Цена товара в накладной" являются атрибутами сущности " Список товаров в накладной".

• Связь, соединяющая сущности "Склад" и "Товар ": вводим дополнительную сущность "Товар на складе". Атрибутом этой сущности будет "Количество товара на складе". Таким образом, товар будет числиться на любом складе и количество его на каждом складе будет свое.

Нормальные формы ER-моделей.

Нормализация в базах данных предназначена для приведения структуры базы данных к виду, обеспечивающему минимальную логическую избыточность.

Общее назначение процесса нормализации заключается в следующем:

• исключение некоторых типов избыточности;

• устранение некоторых аномалий обновления;

• разработка проекта базы данных, который является достаточно «качественным» представлением реального мира, интуитивно понятен и может служить хорошей основой для последующего расширения;

• упрощение процедуры применения необходимых ограничений целостности.

Устранение избыточности производится за счёт декомпозиции отношений таким образом, чтобы в каждом отношении хранились только первичные факты (то есть факты, не выводимые из других хранимых фактов).

Теория нормализации является очень ценным достижением реляционной теории и практики, т. к. даёт научно строгие и обоснованные критерии качества проекта БД и формальные методы для усовершенствования этого качества.

Словарь терминов.

• Нормализация - процесс преобразования отношений базы данных БД к виду, отвечающему нормальным формам.

• Нормальная форма — свойство отношения в реляционной модели данных, характеризующее его с точки зрения избыточности, которая потенциально может привести к логически ошибочным результатам выборки или изменения данных.

Нормальная форма определяется как совокупность требований, которым должно удовлетворять отношение.

Пример ненормальной формы.

В диаграмме тип сущности АЭРОДРОМ не удовлетворяет требованию первой нормальной формы, т. к. атрибуты сущности АВИАРЕМОНТНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ являются несущественными.

Сущность АЭРОДРОМ кроме атрибутов, отражающих собственные характеристики аэродромов (длина взлетно-посадочной полосы, число ангаров и т.д.) содержит атрибут, множественное значение которого характеризует самолеты, приписанные к этому аэродрому.

Очевидно, что самолеты нуждаются в ремонте, т. е. должны обслуживаться некоторым авиаремонтным предприятием. Но поскольку самолеты являются частью сущности АЭРОДРОМ, единственным способом фиксации этого факта на диаграмме является проведение связи «многие ко многим» между типами сущности АЭРОДРОМ и АВИАРЕМОНТНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ.

Таким образом, выражается то соображение, что для ремонта разных самолетов, приписанных к одному аэродрому, могут использоваться разные транспортные предприятия, и каждое транспортное предприятие может обслуживать несколько аэродромов.

По диаграмме нельзя однозначно сказать, что авиаремонтное предприятие ремонтирует самолеты, а не аэродромы. Связь же на самом деле означает, что любой аэродром из группы аэродромов обслуживается любым авиаремонтным предприятием из группы таких предприятий. Проблема состоит именно в том, что значением атрибута «самолеты» является множество экземпляров типа сущности САМОЛЕТ, и этот тип сущности сам обладает атрибутами и связями.

Пример первой нормальной формы.

В первой нормальной форме выделим тип сущности САМОЛЕТ. Тогда связь между сущностями АЭРОДРОМ и САМОЛЕТ показывает, что к одному аэродрому приписывается несколько самолетов. Связь между сущностями САМОЛЕТ и АВИАРЕМОНТНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ означает, что каждый самолет из группы самолетов (группу самолетов могут составлять, например, все самолеты одного типа) обслуживается любым транспортным предприятием из некоторой группы таких предприятий.

Пример второй нормальной формы.

Во второй нормальной форме устраняются атрибуты, зависящие только от части уникального идентификатора. Эта часть уникального идентификатора определяет отдельную сущность.

На диаграмме у сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ элементы предназначены для сохранения данных о рейсах самолетов, вылетающих в течение дня. основными характеристиками рейса являются номер рейса, аэропорт вылета, аэропорт назначения, дата и время вылета, бортовой номер самолета, тип самолета.

Для российских авиакомпаний у каждого рейса имеется заранее приписанный ему номер (уникальный среди всех других имеющихся номеров рейсов), не все рейсы совершаются каждый день, поэтому характеристикой конкретного рейса является дата и время его совершения, бортовой номер самолета определяется парой <номер рейса, дата-время вылета>. Имеется связь «многие к одному» между сущностями ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ и ГОРОД. Экземпляры типа сущности ГОРОД характеризуют город, в который прибывает данный рейс.

Уникальным идентификатором типа сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ является пара атрибутов: <номер рейса, дата-время вылета>. Между атрибутами этой сущности имеются следующие функциональные зависимости: {номер рейса, дата-время вылета} — бортовой номер самолета; номер рейса — аэропорт вылета; номер рейса — аэропорт назначения; бортовой номер самолета — тип самолета.

Кроме того, очевидно, что каждый экземпляр связи с сущностью ГОРОД также определяется значением атрибута номер рейса - нарушено требование второй нормальной формы. Получаем не только избыточное хранение значений атрибутов аэропорт вылета и аэропорт назначения в каждом экземпляре типа сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ с одним и тем же значением номера рейса, но искажен смысл связи с сущностью ГОРОД: якобы в разные дни один и тот же рейс прибывает в разные города.

Имеются три типа сущности: РЕЙС с атрибутами номер рейса, аэропорт вылета, аэропорт назначения, ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ с атрибутами дата-время вылета, бортовой номер самолета, тип самолета и ГОРОД. Уникальным идентификатором сущности РЕЙС является атрибут номер рейса, уникальный идентификатор ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ состоит из атрибута дата вылета и конца связи КОГДА, НА ЧЕМ. Ни в одном типе сущности больше нет атрибутов, определяемых частью уникального идентификатора. Свойства второй нормальной формы удовлетворяются, имеется более качественная диаграмма.

Пример третьей нормальной формы.

В третьей нормальной форме устраняются атрибуты, зависящие от атрибутов, не входящих в уникальный идентификатор. Эти атрибуты являются основой отдельной сущности.

В типе сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ каждый день каждый рейс выполняется только одним самолетом, поэтому бортовой номер самолета полностью зависит от уникального идентификатора. Но бортовой номер является уникальной характеристикой каждого самолета, и от этой характеристики зависят все остальные характеристики, в частности тип самолета. Другими словами, между уникальным идентификатором и другими атрибутами типа сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ имеются следующие функциональные зависимости: {КОГДА, НА ЧЕМ, дата-время вылета} — бортовой номер самолета; {КОГДА, НА ЧЕМ, дата-время вылета} — тип самолета; бортовой номер самолета — тип самолета.

Имеется транзитивная функциональная зависимость {КОГДА, НА ЧЕМ, дата вылета} — тип самолета, что вызывает нарушение требования третьей нормальной формы. На самом деле, тип сущности ЭЛЕМЕНТ РАСПИСАНИЯ включает в себя (по крайней мере, частично) тип сущности САМОЛЕТ. Это вызывает избыточность хранения и искажает смысл диаграммы.

Практическая работа: Модель «Обслуживание заказчиков».

Сущности: ВИД УСЛУГИ, № ДОГОВОРА, ЗАКАЗЧИК, СОТРУДНИК, ОТДЕЛ.

Задание: построить ER–модель «Обслуживание заказчиков» в произвольной форме.

Нормальные формы ER-модели будут иметь вид:

Рассмотренные вопросы лекции:

1. Основные понятия ER–модели.

2. Примеры построения ER–модели.

3. Нормальные формы ER–моделей.

Практические работы: построить ER–модель «Обслуживание заказчиков» в различных формах.