Особенности организации и анализа данных в информационных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности организации и анализа данных в информационных системах

Козлов Сергей Валерьевич, кандидат наук, доцент

Смоленский государственный университет

В статье обсуждаются способы организации данных в информационных системах. Автором раскрываются особенности табличной и иерархической форм представления информации. Выявлены возможности использования методов функционального анализа и графового моделирования при проектировании и эксплуатации информационных систем.

данные информационная система моделирование

В настоящее время наиболее разработанным теоретически и широко воплощенным в практику использования является способ организации информационных систем в виде реляционных баз данных. Эта методология занимала и продолжает занимать лидирующие позиции на рынке информационных услуг в силу своей инвариантности относительно предметных областей. Она незаменима в системах обработки транзакций, в системах принятия решений, в информационно-справочных и офисных системах [1]. Применение такого способа при хранении и обработке данных востребовано в различных пользовательских средах от автоматизированных информационных систем до современных адаптивных информационных систем. Организация данных в табличном виде проста и понятна, что обеспечивает ясность при воплощении теоретических положений в разработки для пользователей информационных систем.

Табличная организация данных может быть использована в информационных системах любой архитектуры. Она применима в системах как на основе архитектур файл-сервер и клиент-сервер, так и многоуровневой архитектуры, в системах с использованием Интернет-технологий и Интранет-технологий [2]. Таблица служит универсальным средством представления информации. В реляционных базах данных она является главным объектом, на котором строятся собственно все операции между элементами внутри системы, а также внешнее взаимодействие с пользователем [3]. В базах данных другого вида, например, иерархических, табличная форма данных также используется, но только как важный вспомогательный элемент. На первую роль в них выходят иерархические связи, которые эффективно можно реализовать с помощью методологии теории графов [4]. Она в свою очередь здесь выступает как служебный инструмент при определении связей между элементами разных таблиц в реляционных базах данных.

Информационные системы, представленные в виде реляционной базы данных, можно разделить на однотабличные и многотабличные. Востребованность однотабличных баз данных сравнительно невелика. Такие разработки применимы в случае информационной системы с относительно небольшим количеством полей либо в случае, когда разбиение на отдельные таблицы приводит к излишней детализации данных. В подавляющем числе случаев реляционная база данных выступает как многотабличная система. При проектировании таких информационных систем следуют принципам нормализации данных. Принципы нормализации задают такое разделение базы данных на таблицы, чтобы не возникало дублирования информации об одном и том же объекте. Это позволяет избежать потерь в памяти при хранении и временных потерь при обработке информации в системе.

Многотабличная база данных это система взаимосвязанных друг с другом таблиц. Ни одна таблица в среде информационной системы не является обособленной от других таблиц. В этом случае ее данные должны быть включены в другую таблицу базы данных. Межтабличные связи выражают прямые логические или косвенные причинно-следственные отношения между объектами информационной системы. Они позволяют исследовать объекты информационной системы не сами по себе, а изучать степень влияния элементов или групп элементов одной таблицы на элементы или группы элементов другой таблицы [5]. Следует подчеркнуть, что такой качественный анализ существенно отличается от простого статистического анализа данных. Он требует применения для анализа связей иных инструментов, например, методологии функционального анализа данных [6]. Однако, заметим, что иной инструментарий не означает, что он более простой или, наоборот, более сложный в применении. Он качественно иной, он позволяет, исследуя латентные параметры информационной системы в виде взаимосвязей между ее элементами, прогнозировать и моделировать поведение среды.

Объект одной таблицы может быть связан как с одним, так и со многими объектами другой таблицы. Эти отношения определяют два основных вида связей между таблицами -- «один к одному» и «один ко многим». Первый вид служит для структурного объединения внутри системы ее подсистем. Второй -- необходим в случае соподчиненности одних структурных элементов другим. Для организации связей в каждой из таблиц выделяют ключевые элементы или группы ключевых элементов. Это следует выполнить еще на этапе проектирования информационной системы. От этого зависит минимизация затрат при дальнейшей разработке информационной среды. Изменение структуры таблиц можно осуществлять и на этапе эксплуатации системы. Однако это оправдано лишь в случаях существенного изменения параметров функционирования информационной системы в целом.

Одна и та же таблица может выступать объектом взаимосвязи сразу с несколькими таблицами. При этом один и тот же элемент таблицы может служить одновременно источником как одного, так и другого рода отношений между разными таблицами единой среды информационной системы. Обычно таблицы информационной системы с большим числом взаимосвязей с другими таблицами выступают в качестве ее узловых элементов. Они определяют структурное деление системы на ее подсистемы. В дальнейшем на этапе программной реализации среды программной оболочки информационной системы они могут выступать в виде отдельных модулей [7].

Можно сказать, что таким образом описанная информационная система представляет собой ничто иное, как графовую модель, объектами которой выступают таблицы базы данных. Подчиненную принципам нормализации информационную систему, как правило, можно охарактеризовать как n-арное дерево или лес. Такой подход позволяет применять к информационным системам с табличной формой организации данных все методы теории графов. С другой стороны в иерархических информационных системах использование методов анализа теории графов выходит на первый план уже при их проектировании. В дальнейшем организационная структура может быть вовсе не табличной [8]. Однако стоит заметить, что если взять в совокупности все иерархические базы данных, то среди них процент использования тех или иных табличных форм будет достаточно высок. Исходя из этого, можно констатировать, что табличная форма организации данных и методы графового моделирования на сегодняшний день составляют приоритетное направление исследований в области информационных систем.

Вернемся к анализу информационных систем на основе реляционных баз данных. Одной из основных функций любой информационной среды, помимо собственно хранения информации, является поиск данных, удовлетворяющих критериям пользователя. Пользователь формулирует эти критерии в виде запроса. При этом ответом является часть данных информационной системы, которая отвечает указанным параметрам. Результатом запроса также является таблица. Она может представлять собой часть существующей таблицы базы данных, а может быть сгенерирована при запросе на основе данных из разных таблиц. При этом сформированная таблица хранится отдельно от основных данных информационной системы.

Как правило, информация всех запросов в системе выделяется в отдельный программный модуль [9]. Данные из этих таблиц также являются частью информационной среды системы и могут быть использованы при построении новых пользовательских запросов. Однако в схему данных между таблицами они автоматически не встраиваются. При этом следует заметить, что у пользователя информационной системы имеется возможность самостоятельно связать сформированные при запросе таблицы с основными таблицами базы данных. Так, например, данная функциональная возможность бывает востребована в случае, когда при запросе формируется расчетная таблица. Основой такой таблицы являются числовые данные из различных таблиц информационной системы. На их основе по расчетным формулам производится вычисление новых параметрических характеристик, и формируются дополнительные сведения об объектах информационной среды.

Отметим, что внешний вид отображения данных в информационной системе, не смотря на ее внутреннее табличное представление, может быть представлен не в табличной форме. Среда информационной системы должна предоставлять пользователю удобный интерфейс и эргономичные средства работы с программным модулем. В связи с этим данные, как правило, размещаются на формах. Для этого служат главные и вспомогательные формы. Все они имеют интуитивно понятный интерфейс с размещенными на них объектами информационной среды. Манипуляция данными на формах осуществляется с помощью навигационной панели и кнопок управления с закрепленными за ними системными функциями.

Выполнение того или иного действия связано с добавлением информации в базу данных системы, с ее удалением либо с поиском данных. Организация поиска данных в системе одна из самых важных и востребованных функций. С точки зрения пользователя важен быстрый и точный ответ при запросе к базе данных программной среды. С точки зрения разработчика информационной системы алгоритмы реализации поиска данных представляют как наибольший интерес, так и вызывают наибольшие трудности. От алгоритмов поиска, заложенных в систему при ее разработке, зависит работоспособность программной среды, и в конечном итоге распространение этой системы на рынке информационных услуг [10, 11].

Известные и широко распространенные алгоритмы поиска направлены в большей степени на выполнение запросов на выборку данных. Требования же к современным информационным средам предполагают более глубокий анализ данных и взаимосвязей между ними. В связи с этим на первый план выходят среди прочих методы функционального анализа. Функциональный анализ данных позволяет применять различные математические методологии в качестве инструментов изучения структуры информации, ее содержательных характеристик и влияния одних элементов информационной среды на другие. Так, например, поиск данных и выявление зависимостей между ними в информационной системе можно осуществить с использованием соответствия Галуа.

Соответствие Галуа в качестве инструмента функционального анализа позволяет изучать зависимости между элементами двух множеств [12, 13]. При этом вид представления данных в информационной системе не важен. Он может быть, например, как табличным в реляционных базах данных, так и на основе графовой модели или фреймов в иерархических информационных системах [14]. Можно утверждать, что данная методология, как и большинство методов функционального анализа, инвариантна относительно способов хранения информации в системе. Это позволяет успешно внедрять ее как инструмент поиска информации.

Методология соответствия Галуа применима и в качестве стандартного инструмента поиска информации, и как вспомогательный метод, уточняющий параметры пользовательского запроса [15]. Существенное отличие данной методологии от фундаментальных алгоритмов поиска информации заключается в том, что отбор информации осуществляется на основе изучения латентных характеристик системных элементов. Использовать преимущества соответствия Галуа и других методов функционального анализа можно, как для совершенствования инструментов поиска информации в системе, так и для изучения ее внутренней структуры [16]. Так выявление скрытых параметров дает возможность, наряду с принципами нормализации данных, в информационной системе проектировать ее структурные элементы наиболее эффективным образом. При поиске данных -- вскрывать или фактически подтверждать, влияние одних содержательных элементов системы на другие элементы или их группы. Таким образом, методы функционального анализа позволяют оказать значимое влияние на область использования информационных систем в повседневной практике их применения.

Итак, еще раз подчеркнем, что, несмотря на все многообразие подходов к интерпретации структуры и взаимосвязей между элементами в различных информационных системах [17], в век информационно-коммуникационных технологий на первый план выходит поиск инвариантных методов изучения данных. В этом направлении существенного прогресса достигли методы функционального анализа, в частности методология соответствия Галуа. Применение функционального анализа для изучения структуры и содержания современных информационных систем выступает качественно новым инструментом при их проектировании и эксплуатации.

Список литературы

1. Избачков Ю. С., Петров В. Н., Васильев А. А., Телина И. С. Информационные системы: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2011. - 544 с.

2. Максимова Н. А. Сервис-ориентированная архитектура: от концепции к применению // NovaInfo.Ru. - 2016. - Т. 4. - № 44. - С. 19-22.

3. Могилев А. В., Пак Н. И., Хеннер Е. К. Информатика: учеб. пособие для студ. пед. вузов / под ред. Е. К. Хеннера. - М., 2012. - 848 с.

4. Козлов С. В. Теория графов и соответствия Галуа как инструменты проектирования информационных систем // NovaInfo.Ru. - 2016. - Т. 3. - № 48. - С. 144-149.

5. Киселева О. М. Пример применения методов математического моделирования // NovaInfo.Ru. - 2016. - Т. 1. - № 42. - С. 67-70.

6. Козлов С. В. Применение методов функционального анализа при формировании оптимальных стратегий обучения школьников // Международный журнал экспериментального образования. - 2016. - № 3-2. - С. 182-185; URL: http://www.expeducation.ru/ru/article/view?id=9696 (дата обращения: 21.04.2016).

7. Козлов С. В. Функциональные назначения и возможности информационно-образовательного ресурса «Advanced Tester» // Горизонты науки. - 2011. - №2 (6). - С. 9-12.

8. Емельченков Е. П., Киселева О. М. О представлении предметных областей с помощью семантических сетей // NovaInfo.Ru. - 2016. - Т. 2. № 42. - С. 17-23.

9. Максимова Н. А., Бояринов Д. А. Электронный образовательный портал личностного развития учащихся // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов Наука и образование. - 2015. - № 12 (79). - С. 1.

10. Максимова Н. А. Проектирование региональных образовательных порталов // NovaInfo.Ru. - 2016. - Т. 3. - № 48. - С. 438-442.

11. Моисеев В. В., Баженов Р. И. Разработка информационной системы по учету средств криптографической защиты информации // Постулат. - 2016. - № 3. - С. 22.

12. Кон П. М. Универсальная алгебра / П. М. Кон; пер. с англ. Т. М. Баранович; под ред. А. Г. Куроша. - М.: Мир, 1968. - 351 с.

13. Парватов Н. Г. Соответствие Галуа для замкнутых классов дискретных функций // Прикладная дискретная математика. - 2010. - №2(8). - С. 10-15.

14. Козлов С. В. Интерпретация инвариантов теории графов в контексте применения соответствия Галуа при создании и сопровождении информационных систем // International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - Т. 4. - № 7. С. 38-44.

15. Козлов С. В. Использование соответствия Галуа как инварианта отбора контента при проектировании информационных систем // Современные информационные технологии и ИТ-образование. - 2015. - Т. 2. № 11. - С. 220-225.

16. Баженов Р. И., Лопатин Д. К. О применении современных технологий в разработке интеллектуальных систем // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - 2014. - № 3 (93). - С. 263-264.

17. Размахнина А. Н., Баженов Р. И. О применении экспертных систем в различных областях // Постулат. - 2017. - № 1 (15). - С. 38.

Размещено на Allbest.ru