Калиева Г. К.

Таразский государственный университет имени М. Х. Дулати

Разработка моделей, методов и программных средств

информационной системы по управлению учебным процессом.

За время функционирования любой информационной системы наступает такой период, когда необходимо привести информационную систему к новым требованиям предметной области. Главная часть информационной системы является модель БД, которую необходимо в первую очередь подвергнуть к редактированию. Известно, что внесенное изменение в структуру БД может привести к нежелательным проблемам и аномалиям, сопровождающиеся со значительными временными, трудовыми и финансовыми затратами. Разработка модели БД с высокой степенью расширяемости при изменчивости предметной области является важной задачей. Выбранная предметная область учебный процесс по кредитной системе обучения является наиболее изменчивой областью, где была реализована и исследована модель, построенная на основе предложенного метода.

В предложенном методе разработки модели БД, на базе упрощенной концептуальной модели «Сущность-Связь» создается логическая модель БД. При построении логической модели БД атрибуты сгруппированы на три вида:

P={P1,P2,…,Pk} - Множество собственных атрибутов – набор атрибутов, не включающий в себя атрибуты других сущностей, и описывает только одну конкретную сущность; C={C1,C2,…,Cm} - Множество ссылочных атрибутов – набор атрибутов, состоящий только из идентификаторов сущностей или ключей отношений; S={S1,S2,…,Sl} - Множество дополнительных атрибутов – набор атрибутов, служащие для отображения дополнительной необходимой информации согласно предметной области.

В предлагаемом методе построения логической модели БД введены два вида отношений. Определение 1:Отношение–сущность re со схемой Re с множеством атрибутов Ae– это конечное множество отображений.

Согласно модели «Сущность-Связь», объекты, учет которых хотят вести пользователи, представляются сущностями, а взаимоотношения между этими сущностями представляются явно определенными связями. Данная модель должна определить и предоставить все сущности e1,e2,…,en предметной области, с указанием множество атрибутов Ae1={Ae11, Ae12,…, Ae1k}, Ae2={Ae21, Ae22,…, Ae2l},…,Aen={Aen1, Aen2,…, Aenm} для каждой из этих сущностей, а также, связи c1,c2,…cp между указанными сущностями. В данном случае нет необходимости указывать, как именно связаны сущности, достаточно просто определить их наличие между этими сущностями. Когда модель «Сущность-Связь» готова приступаем к процессу преобразования ее в модель ОС2, состоящий из следующих четырех этапов.

Метод построения логической модели БД основан на концептуальной модели БД, и состоящий из следующих этапов:

- преобразование сущностей в отношения. Все определенные сущности в концептуальной модели «Сущность-Связь» преобразовываем один к одному в отношения. В процессе преобразования необходимо обратить внимание на идентификаторы сущностей, так как они будут ключами в преобразованных отношениях. Необходимо определить ключи для всех преобразованных отношений. Если идентификатора у сущности нет, тогда необходимо задать его в отношении в виде ключа. Сущности e1,e2,…,en с множеством атрибутов Ae1={Ae11, Ae12,…, Ae1k}, Ae2={Ae21, Ae22,…, Ae2l},…,Aen={Aen1, Aen2,…, Aenm} преобразовываем в отношения r1,r2,…,rn со схемой R, где множество атрибутов A1={A11, A12,…, A1k}, A2={A21, A22,…, A2l},…,An={An1, An2,…, Anm}.

На данном этапе реализуется только процесс преобразования сущностей в отношения, и установления ключей в этих отношениях. На этом первый этап завершается, после чего переходим к следующему этапу.

- декомпозиция отношений на «отношения-сущности» и «отношения-связывания». На этом этапе необходимо проанализировать каждое отношение r, полученное на первом этапе.

Главная задача - определить в анализируемом отношении r атрибуты, ссылающие на другие отношения. Такие ссылочные атрибуты определяем с помощью оператора пересечения схем или атрибутов отношений. Пусть K будет множеством ключей для отношения r(A) со схемой R={A}={A1,A2,…,Al} где A – конечное множество атрибутов, включающее множество ключей K

Следовательно, отношения ri и rj были декомпозированы на два отношения-сущности и одно отношение - связывание.

Здесь необходимо добавить, что некоторые отношения в рамках требований предметной области могут состоять только из атрибутов других сущностей. Данное множество атрибутов, хотя и содержит множество атрибутов других сущностей, оно будет собственным, так как описывает конкретную сущность. Следовательно, декомпозицию необходимо выполнять, учитывая требований предметной области. Основная цель –добиться максимальной расширяемости структуры БД в будущем. Если придерживаться этой цели, тогда необходимо все связи между отношениями - сущности реализовать с помощью отношений - связывания, атрибуты которых состоят исключительно из идентификаторов или ключей отношений - сущностей, и иногда из необходимых дополнительных атрибутов.

Название отношению -связывание дается следующим образом: «Сущность1_Связывающая Сущность2_...». К примеру, необходимо связать отношение СТУДЕНТ с отношением ГРУППА, тогда название «отношения-связывания» будет СТУДЕНТ_ГРУППА.

Данная декомпозиция не требует от концептуальной модели «Сущность-Связь» определения, каким образом связаны сущности между собой, то есть, нет необходимости указывать связи типа «одним к одному», «один ко многим» или «многие ко многим». Главное показать, какие сущности связаны между собой.

Описанный процесс декомпозиции является общим принципом необходимой декомпозиции, на самом деле данный процесс может быть более сложным в зависимости от концептуальной модели «Сущность-Связь», и наличие множества дополнительных атрибутов в отношение-связывание зависит от требований предметной области.

Предложенный метод проектирования модели БД имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами проектирования модели БД:

– Простота методики, где нет необходимости исследовать на наличие разного рода зависимостей (транзитивной, многозначной, зависимости соединения);

– Конкретные шаги построения модели;

– Любую модель «сущность-связь» можно преобразовать в модель ОС2.

Данный метод применен при разработке логической модели БД информационной системы по управлению учебным процессом по кредитной технологии обучения. В результате применения данного метода получилось логическая модель БД. Выделенные отношения являются отношениями - сущности, а все остальные отношениями -связывания.

Если для данной предметной области применить традиционную теорию нормальных форм, возможно, структура будет оптимальной, но только до введения изменений в эту структуру, которые образовались согласно новым или изменѐнным требованиям предметной области. Каждая нормальная форма, ориентируется на требования во время разработки структуры, тем самым структура получается абсолютно не подготовленной к будущему редактированию.

Сделан сравнительный анализ предложенного метода проектирования с традиционными методами разработки модели БД. Для того, чтобы показать как работает расширяемость структуры БД, были устранены из требований «Группа по выбору», которая создается на основе выбранных студентами дисциплин. Так как из исходных требований мы убрали один тип группы, следовательно, по классическому принципу нормализации, сущность ГРУППА присутствует в сущности СТУДЕНТ. Допустим, прошло некоторое время после внедрения информационной системы, и в требованиях предметной области появляется новый тип группы – «Группа по выбору». Если учитывать, что данное изменение не требует переразработки структуры БД, то существует два решения данной проблемы:

- Добавить атрибут {Группа по выбору} в отношение СТУДЕНТ;

- Либо добавить еще одно отношение, которое свяжет отношение СТУДЕНТ с новым типом группы.

Как показало исследование, ни одно из вышеуказанных решений не приведет к утешительным результатам, а наоборот, приведет к следующим недостаткам:

- Увеличение объема памяти хранилища данных;

- Трудоемкое изменение запросов;

- Снижение производительности обработки данных;

- Появление избыточных данных.

Проведено экспериментальное сравнение логической модели БД, построенной с применением предложенного метода, с логической моделью БД, разработанной традиционным подходом нормализации отношений.

Таким образом, можно сказать, что предложенная методика не просто покрывает такие основные критерия, как «целостность», «устранение избыточности и аномалий модификаций», «повышение производительности обработки данных», но также обеспечивает «расширяемость» структуры БД.

Используемая литература:

1. Управление эффективностью внедрения информационных систем: Ильин Владислав Владимирович — Москва, Книга по Требованию, 2014 г.

2. Образовательная программа учреждения: методические рекомендации /авт. Е.В. Балагина, Б.Ю. Пах Методы  управления образовательными  учреждениями. Учебно-методическое пособие. И.В. Федосеева, 2010 г.

3. Теория организации. Учебник: Ю. В. Кузнецов,— Москва, Юрайт, 2013 г.

4. Интеллектуальные технологии управления: А. А. Усков, А. В. Кузьмин — Санкт-Петербург, 2004 г.