Проектирование информационных систем в рамках объединенного объектно-реляционного подхода

Концептуальное описание предметной области.186.

Логическое проектирование ИС.187.

Реляционная модель.187.

Объектно-ориентированная модель.189.

Модель по объединенной парадигме.189.

Элементы объединенной парадигмы этапа выполнения.191.

Запросы.191.

Алгебраические операции.192.

Открытость и динамизм структуры.193.

Оценки сложности системы.194.

Заключение

195.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПАТТЕРН «ЧЕЛОВЕК».196.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.202.

Список использованных источников

202.

История технологий и прогнозы.202.

Концептуальные основы технологий.203.

Общие сведения по объектно-ориентированному подходу.204.

Технологии программирования.204.

Технологии проектирования.205.

Модели данных.206.

СУБД.207.

Хранилища, OLAP.210.

СУБД, запросы, транзакции.210.

Распределенные и параллельные системы.211.

Источники для приложения 2.212.

Список публикаций автора.212.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.213.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ.213.

СПИСОК ТАБЛИЦ.216.

СПИСОК ЛИСТИНГОВ.216.

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ.219.

ВВЕДЕНИЕ

Исторический обзор

В настоящее время происходит интенсивное развитие средств проектирования информационных систем (ИС). Количество языков программирования, систем управления базами данных (СУБД) и сред разработки составляет несколько тысяч. Они предлагают разработчикам программного обеспечения средства проектирования в рамках различных парадигм. Наиболее распространенной в языках общего назначения является объектно-ориентированная парадигма (ООП), использующаяся как надстройка над другими парадигмами. Параллельно ООП интенсивно развиваются информационные модели СУБД. Современные информационные системы используют совместно ООП и СУБД, при этом элементы ООП проникают в СУБД, то есть происходит конвергенция парадигм.

В объектно-ориентированных языках организация данных построена на основе классов объектов с различными видами наследования. Такая модель данных напоминает модифицированную иерархическую структуру и является удобной для понимания, хотя и не соответствует современным требованиям к организации данных. В базах данных (БД) применяются другие парадигмы, подходящие для хранения структурированных множеств данных [96].

Рассмотрим процесс взаимодействия и сближения средств программирования и баз данных. Условно его можно разделить на четыре этапа.

Первый этап. Параллельное существование взаимодействующих технологий. В технологиях программирования сменяют или надстраивают друг друга следующие парадигмы:

1. Программирование в машинных кодах и ассемблерах.

2. Структурное программирование.

3. Процедурное программирование.

4. Объектно-ориентированное программирование.

В СУБД сменяют и дополняют друг друга следующие подходы:

1. Иерархические БД.

2. Сетевые БД.

3. Реляционные БД.

4. Семантические БД, БД «сущность-связь».

5. Объектно-реляционные и объектно-ориентированные БД.

6. Дедуктивные и интеллектуальные БД.

ИС с точки зрения разработки имеют два уровня: на верхнем уровне используется язык программирования общего назначения, который на уровне операций применяет язык работы с БД. При этом существует большое количество специализированных классов, описывающих в объектной парадигме составляющие СУБД. В настоящее время большая часть ИС строится по этому принципу.

Второй этап. Взаимное обогащение технологий. Реляционные базы данных дополняются хранимыми процедурами, третья версия языка запросов SQL наделает этот язык вычислительной полнотой, появляются объектно-реляционные и объектно-ориентированные БД (об «объектности» стандарта SQL3 см. [102]), в которых реляционные отношения дополняются отношениями наследования и агрегацией атрибутов. На данном этапе начинает свою деятельность ODMG — рабочая группа по разработке средств управления объектными данными, разработавшей ряд стандартов, в том числе языки описания интерфейсов и объектов IDL и ODL, не являющиеся полноценными языками программирования, а средством описания компонентов распределенных ИС, а также расширения объектно-ориентированных языков программирования С++, Java, Smalltalk средствами запросов, описаниями связей и типов связей.

Третий этап. Объектно-ориентированный анализ и проектирование. Его начало можно связать с разработкой диаграммы «Сущность-связь» Ченом, последующими модификациями диаграммы Рамбо, Бучем, диаграммой ОМТ и разработкой языка UML. Средства данного этапа относятся к типу CASE и предназначены для проектирования как программ, так и БД и аппаратной части ИС в рамках объектно-ориентированного описания, то есть эти средства не являются полноценными языками программирования.

Четвертый этап. Синтез технологий. Появление объектно-ориентированных БД (ООБД), языка объектных запросов OQL. На данном этапе создаются средства, позволяющие создавать программное обеспечение (ПО), сочетающее в себе свойства программ и БД. Появляются технологии, объединяющие базы данных и экспертные системы — дедуктивные и интеллектуальные БД.

Данное разделение на этапы условно, так как создатели сред разработки видят развитие своих продуктов в рамках того или иного этапа, то есть нельзя полностью разграничить этапы во времени. Кроме того, средства четвертого этапа не реализованы полностью, так как технологии БД продолжают развиватьсявсе более широкое применение находят системы OLAP и хранилища данных [120]. В настоящее время можно по-видимому говорить о синтезе ООП и реляционных OLTP, хотя универсальность ООП допускает его проникновение и в СУБД, построенные по другим принципам. Современное состояние СУБД, обзор и перспективы развития анализируются в работах [97, 10, 98].

Следует отметить следующих ученых и коллективы разработчиков, внесшие значительный вклад в развитие технологийна их идеи в значительной степени опирается данная работа: Б. Страуструп (С++) — О. Мадсен, Б. Мёллер-Педерсен, К Нига-ард — скандинавская школа (BETA) — Э. Кодд (RM/T) — М. Минский (фрейм-слот) — Г. Буч, Д. Рамбо, И. Якобсон. — Rational Rose (UML) — М. Аткинсон, Ф. Бансилон, Д. Де-Витт, К. Дитгрих, Д. Майер, С. Здоник (манифест ООБД) — Консорциум ODMGМ. Стоунбрейкер и др. (объектно-реляционные СУБД) — С. Кузнецов и др. — МАИ (алгебра) — В. В. Прохоров — ИММ РАН (мультипарадигменный подход) — Холстед (оценки сложности), Аббот (методика анализа и проектирования) и др. Российские ученые имеют большой опыт разработки сред программирования общего назначения (см. [7, 90], проводятся конференции, посвященные таким разработкам [105]).

Актуальность темы

исследования.

В настоящее время большая часть ИС являются ИС первого этапа, то есть представляют собой клиентские объектно-ориентированные надстройки над серверными БД, в которых таблицы соединены реляционными отношениями.

При появлении объектно-ориентированного программирования основной его задачей было представление программ в наиболее удобном для понимания программистов виде — иерархии классов объектов. Такое представление отчасти соответствовало способу человеческого мышления (абстракции, агрегации, систематизации), что привело к появлению объектно-ориентированного анализа и проектирования как способа изучения предметных областей для их дальнейшего описания с помощью CASE — средств (язык UML CASE средства Rational Rose). После разработки объектно-ориентированной парадигмы стиль программирования сильно изменился, однако программы продолжают описываться в виде иерархических объектных описаний, что порождает некоторую избыточность (один и тот же объект предметной области описывается объектами нескольких классов в программе). Назовем такой подход классическим объектным описанием. Кроме того, при проектировании с помощью С4Ж-средств появляется описание на языке UML. Разделение на объектно-ориентированный анализ и проектирование и объектно-ориентированное программирование представляется несколько искусственным, потому что после анализа и прои ектирования в благоприятном варианте следует этап программирования приложения. В настоящее время программы являются распределенными, что порождает проблемы с иерархическим наследованием. Программные модули могут быть использованы многократно различными приложениями, поэтому возникла необходимость в их описании на универсальных языках для того, чтобы с помощью этих описаний встраивать модули на двоичном уровне. Эти языки также являются объектно-ориентированными (языки IDL, ODL [94]). описание в UML описание /ч.

Рис. 1. Взаимоотношения между классами, описывающими объект в современных приложениях.

Таким образом, одному и тому же объекту или классу современных приложений соответствует до десятка классических объектных описаний в сферах проектирования, программирования, повторного использования, различных представлений (в том числе визуальных), описания данных (классы, соответствующие таблицам в СУБД) и описания для сохранения и передачи данных. Схематично отношения между классами приведены на Рис. 1. Системный подход к разработке ПО приведен в работе [40].

В настоящее время программное обеспечение разрабатывается с помощью различных сред разработки и функционирует, пользуясь сервисами операционных систем, виртуальных машин и серверов баз данных. В наиболее распространенном случае разработка ведется в среде, поддерживающей языки высокого уровня — объектно-ориентированные языки (Visual Studio, Delphi), данные хранятся в базах данных под управлением СУБД (SQL Server, Oracle), проектируемых с помощью CASE-средств (Рис. 2, технологии приведены для примера и их список не является исчерпывающим).

Среда разработки Язык Программное Механизм проектирования) программирования обеспечение выполнен.

Рис. 2. Схема разработки и функционирования ПО.

Разработка ПО по схеме Рис. 2. проверена временем, порождает некоторые ограничения и избыточность, что привело к существованию альтернативных систем.

В схеме на Рис. 2 в явном виде присутствует разделение на программный код и данные. При этом программный код пишется с использованием объектно-ориентированных языков. Одним из принципов объектно-ориентированного программирования является объединение данных и кода, их обрабатывающего, в одном классе. На практике это приводит к существованию объектов-посредников в среде разработки для работы с БД.

При появлении объектно-ориентированного программирования приложения в большинстве случаев представляли собой код без многопоточности, работающий самостоятельно (использующий функции операционной системы). Если программа и разрабатывалась несколькими программистами, то они имели доступ к коду друг друга, и программа компилировалась разом из исходных частей. Классическое объектное представление хорошо соответствовало нуждам разработчиков. При появлении разнообразных устройств, подключенных к персональному компьютеру, и графического пользовательского интерфейса возникла необходимость в том, чтобы создаваемые классы поддерживали множество функций, что и было сделано путем наследования от иерархического дерева классов, предоставляющегося создателями сред разработки. Сложнее обстояло дело с тем, что программе нужно реагировать на внешние события. Подходящим механизмом могли бы быть виртуальные функции, но при их использовании создаются таблицы, занимающие большой объем памяти. Проблема была решена таблицами сообщений и событий.

Вычислительные задачи потребовали параллельной обработки данных. В рамках классического подхода параллелизм обеспечивался наследованием от специальных базовых классов и использованием дополнительных объектов, обеспечивающих блокировку данных (семафоры).

Типичным примером ИС является трехуровневая система, состоящая из модулей, находящихся на сервере СУБД, сервере бизнес-логики и клиентского компьютераспроектированная с помощью CASE-средства (Rational Rose — UML), состоящая из зарегистрированных компонентов, описанных на ODL (или IDL). На сервере СУБД база данных Oracle (или другая реляционная СУБД) со вставками Java или PL/SQL. На сервере второго уровня бизнес-логика реализуется в виде Enterpraise Java beans (или ActiveX Server). Взаимодействие с вспомогательными компонентами на других серверах осуществляется по протоколу CORBA (или dcom). Программы на сервере 2-го уровня реализованы в виде JSP или XML, клиент получает результаты в виде XML с апплетами Java.

Недостатки подобных систем отчасти устраняются в объектно-ориентированных базах данных, интенсивно развивающейся технологии на сегодняшний день.

Недостаток UML состоит в том, что диаграмма классов представляет собой наиболее общую диаграмму «сущность-связь», которая включает в себя наиболее абстрактные связи между классами и таблицами в БД. Различные другие аспекты ИС описываются другими диаграммами. Дальнейшее развитие UML может состоять в обогащении диаграммы классов различными особенностями классов современных языков программирования, что приблизит объектно-ориентированное проектирование к программированию и позволит существовать различным видам гибридных описаний.

В сфере разработки интеллектуальных информационных систем применяются семантические сети и фреймовые модели. Семантические сети являются обобщением диаграмм «сущность-связь», традиционно применяющихся при проектировании баз данных. Фреймовая модель является аналогом ООП в системах искусственного интеллекта и не имеет принципиальных отличий от ООП. Таким образом, конвергенция ООП, моделей «сущность-связь» и фреймовых моделей сделала бы более эффективной автоматизацию наукоемких предметных областей.

Таким образом, можно сделать следующие выводы о состоянии информационных технологий общего назначения:

• Технологии базируются на старой ООП, в которой в эксплицитном виде отсутствует поддержка многих особенностей современных ИС. ООП в явном виде не учитывает таких особенностей современных приложений, как распределенность, динамизм структуры, модели данных интеллектуальных информационных систем.

• Наиболее распространенные языки программирования (семейства С++: С# и Java, которые считаются будущим ООП [2]) не реализуют интересные идеи из таких перспективных языков, как Smalltalk и Beta, которые могут быть полезными при реализации ИС.

• Существует искусственное разделение между объектно-ориентированным программированием и анализом и проектированием. Иногда говорят даже об объектно-ориентированной инженерии [30]. Модели данных в анализе и проектировании являются слишком обобщенными и не содержат многих элементов объектно-ориентированных языков программирования или БД. Развитие технологий программирования опережает теорию проектирования [8]. В CASE-средствах проектирования учитываются только самые общие элементы различных технологий. Добавление в CASE технологии специфических особенностей языков программирования, относящихся к структуре данных, позволило бы преодолеть существующее разделение между объектно-ориентированным программированием и анализом и проектированием и привело к созданию более универсальных технологий программирования.

• Параллельно существует ООП и фреймовая модель хранения данных. Однако в этих моделях отсутствуют принципиальные различия (модель данных ООП формировалась под влиянием фреймовой модели), что позволяет им в дальнейшем взаимно обогащать друг друга. Их слияние сделало бы объектно-ориентированные технологии более удобными для разработки экспертных систем, которые становятся все более необходимыми в современных информационных системах.

• В ООБД отсутствует общепринятая терминология и математическая обоснованность предложенных решений, «отсутствует какая-либо общая, повсеместно признанная точка зрения о том, что должны обеспечивать» ООБД [127]. Теоретические исследования в области ООБД особенно актуальны.

• Отсутствие общепринятой терминологии делает затруднительной оценку сложности структуры систем и, как следствие, делает проблематичной оценку сложности разработки.

• Автоматизация предполагает уменьшение роли человека в функционировании системы, в то же время существуют системы, в которых человек является неотъемлемой частью, например, система дистанционного образования. В корпоративных информационных системах (КИС) человек является субъектом управленческих решений. В ООП в явном виде отсутствуют средства для описания действий человека, что проявляется и в названии ООП (в ООП существуют объекты, а не субъекты). Некоторый интерес для решения этой проблемы представляют аспектно-ориентированные методы [84].

• В настоящее время происходит автоматизация различных предметных областей и становится все более необходимой разработка более универсальной модели данных, чем существующие. Существует разрыв между семантическими моделями организации данных, реляционной моделью и объектно-ориентированной. Обобщенная модель удовлетворяла бы наибольшему числу приложений. Появление объектно-ориентированных баз данных и гибридных объектно-реляционных баз данных означает проникновение объектно-ориентированного подхода в БД, однако само объектно-ориентированное программирование могло бы позаимствовать из наиболее развитых БД модели данных, что привело бы к созданию более универсальной технологии, способной разрешить кризис современных СУБД, связанный с хранением и обработкой данных сложных типов [9].

Решение этих проблем при разработке обобщенной модели данных является актуальной задачей в области анализа и проектирования ИС.

Цель и задачи диссертационной работы.

Целью диссертации является исследование объектно-ориентированной и реляционной парадигм проектирования ИС для их обобщения. Объединенный подход содержит структуру организации данных, включающую элементы следующих моделей:

1. Модели объектно-ориентированного программирования и проектирования;

2. Информационные модели БД: реляционные и объектно-ориентированные;

3. Модели распределенных приложений;

4. Модели с эволюцией структуры;

5. Информационные модели искусственного интеллекта: семантические и фреймовые.

В рамках диссертационного исследования были решены следующие задачи:

1. Объединение парадигм и формирование единого понятийного аппарата для разработки обобщенной модели данных. Разработка методики анализа и проектирования ИС в рамках объединенной парадигмы.

2. Создание графических диаграмм для проектирования ИС в соответствии с обобщенной парадигмой и текстовых нотаций, объединяющих работу с элементами баз данных и приложений.

3. Создание математического аппарата для работы со структурными элементами ИС.

4. Разработка численных оценок сложности структур ИС.

5. Разработка средства проектирования ИС в соответствии с предложенными решениями. Обеспечение совместимости с ведущими технологиями проектирования и программирования.

Область исследования.

Область исследования диссертационной работы — разработка средства проектирования ИС для автоматизации этапа логического проектирования, создание модели ИС и методологии проектирования в рамках объединенной объектно-реляционной парадигмы.

Объектами исследования являются:

• Объектно-ориентированная парадигма как теоретическая основа;

• Объектно-ориентированные языки программирования, объектно-ориентированные средства анализа и проектирования информационных систем, информационные модели реляционных, объектно-реляционных, объектно-ориентированных баз данных, семантические и фреймовые модели. Предметом исследования являются пути обобщения моделей данных технологий объекта исследований, построение оценок сложности структур и системные связи сложных объектов, разработка программного обеспечения для автоматизации проектирования ИС.

Рассмотрим особенности современных информационных систем:

• Они содержат вычислительные алгоритмы,.

• Включают алгоритмы манипулирования данными,.

• Управление передается с помощью механизма событий и сообщений, многопоточные системы,.

• Системы динамически изменяются (отдельные модули могут обновляться без приостановления работы),.

• Распределенные системы (выполняются на нескольких компьютерах),.

• Имеют частично компилируемые модули (вначале выполняются на сервере, потом — на клиенте),.

• Многоуровневые (данные доходят до конечного потребителя через цепочку серверов, обрабатывающих данные),.

• Мигрирующие (компоненты способны перемещаться с сервера на сервер),.

• Интеллектуальные системы (сложные модели данных и их обработка в экспертных системах, соответствующие высоконаучным предметным областям).

• Открытые системы с множеством взаимосвязей с окружением.

Проведем отбор технологий для анализа реализации в них ООП и для использования их в качестве источников для создания нотации, соответствующей объединенной парадигме. При отборе будем руководствоваться следующими принципами:

• Технология должна быть средством общего назначения.

• Распространенность (такая технология берется в качестве основы создаваемой).

• Современность версии.

• Реализация общих принципов ООП.

• Типичность в классе подобных технологий.

Схожие принципы построения успешной технологии приведены в работе [84]. В рамках объектно-ориентированно ориентированного проектирования выберем язык UML, его диаграмму классов возьмем за основу при проектировании графической нотации. Также интерес представляют предки диаграммы классов — диаграммы «Сущность-связь» Чена, Рамбо, Буча и ОМТ, к их особенностям будем обращаться по мере необходимости.

В качестве основных языков объектно-ориентированного программирования выберем С++, Java и С# (сравнение характеристик наиболее распространенных языков см. в [101], о происхождении сценарных языков — [83]). Эти языки являются наиболее применяемыми в настоящее время. Считается, что Java создавался как модификация С++ для реализации Интернет-приложений (сравнение С++ и Java см. в [37]), а С# - как развитие С++ и Java с дополнительными возможностями межъязыковой интеграции, распределенности и динамизма приложений. Однако не следует выбирать только один С#, потому что у его предка С++ присутствует полезное свойство, исключенное в дальнейшем из Java и С# - множественное наследование, кроме того, преимущества С#, как их излагает компания-разработчик (Microsoft) имеют в основном рекламный характер. В качестве дополнительных языков будем рассматривать Pascal (он используется в среде Delphi, популярной у разработчиков), Smalltalk [38] первый «чистый» язык программирования в рамках ООП), язык BETA [33] (с концепцией паттернов, объединяющих такие понятия как класс, функция, процедура и пакет) и CLOS (с динамизмом изменения структуры).

Из технологий разработки распределенных приложений выберем семейство технологий COM (dCOM, ActiveX Components, ActiveX Documents [36]), семейство технологий Java (аплеты, сервлеты, аглеты, JavaBeans [35], Enterprise JavaBeans), в качестве дополнения — стандарт CORBA [39], разработанный группой OMG, и языки описания объектов для совместимости компонентов на уровне кода IDL и ODL.

В рамках БД интерес представляют стандарт объектно-ориентированных баз данных группы ODMG, язык объектных запросов OQL, а также СУБД Oracle как наиболее распространенная СУБД смешанного типа (объектно-реляционная) и стандарт языка SQL 3.0, реализующий вычислительную полноту и поддерживающий объектно-ориентированные технологии. Также нужно обратить внимание на расширения С++ и Java, предложенные группой ODMG для реализации встроенных запросов.

В качестве ограничения не будем рассматривать такие технологии современных БД, как хранилища и OLAP. Не отрицая возможности объектно-ориентированного подхода в этих технологиях, отметим, что системы OLTP (быстрая обработка транзакций) стоят ближе к программам общего назначения, чем системы длительного хранения данных, что и проявилось в создании объектно-ориентированных баз данных.

Из моделей интеллектуальных информационных систем (ИИС) рассмотрим семантические сети и модель фрейм-слот.

Методика исследования.

Методика исследования заключается в сравнительном анализе технологий области исследования, создании обобщенных средств описаний предметных областей и математических описаний для операций над сущностями разработанной информационной модели на основе реляционной алгебры и алгебр объектов и адаптации существующих оценок структурной сложности программ для ИС в виде паттернов.

Научная новизна.

Приведенные в диссертации результаты являются новыми. В диссертации получены следующие научные результаты:

1. Объединенная парадигма и соответствующая ей технология, позволяющая проектировать ИС в виде открытых динамически изменяющихся сетей паттернов внутри сетей с дуализмом сущностей и связей. Парадигма включает в себя следующие основные новые аспекты:

1.1. Изменение понятия «объект».

• Формирование объекта за счет действия различных механизмов (Отход от положения «объект = экземпляр класса»);

• Расширенный состав объекта (свойства, методы, триггеры, события, внешние свойства, свойства окружения, бизнес-правила, роли объектов, для которых данный объект выступает как связь);

• Расширенное описание атрибутов;

1.2. Переход от понятия «класс» к «паттернам», связи общего вида.

• Именованные n-арные связи с ролями и возможностью наследования и агрегации;

• Единое описание сущностей, связей, функций — обобщенное понятие «паттерн»;

• Многоуровневое метаклассирование.

1.4. Взаимоотношение ООП со структурой программы.

• Концепция элементов программного кода как объектов и транзакций;

• Динамизм структуры программы.

1.5. Структурные ограничения — развитие виртуального наследования. 1 .б.Методика анализа и проектирования ИС в виде сети паттернов.

2. Операции над сложными объектами автоматизации — паттернами, сочетающими свойства сущностей, связей и функций.

3. Численные оценки сложности структуры ИС.

4. Алгоритм преобразования структур данных, разработанных в соответствии с объединенной парадигмой, в объектный код С++.

Практическая и теоретическая ценность, внедрение.

Теоретическое значение имеет объединенная объектно-реляционная парадигма проектирования ИС, включающая элементы семантических сетей и фреймов, позволяющая описывать и анализировать объекты сложной природы, сочетающие сущности, связи и функции (паттерны). Разработанные механизмы позволяют проектировать программные продукты с динамически изменяемой структурой данных, что представляет особенный интерес при разработке распределенных приложений. Предложенная структура данных позволяет создавать приложения, минуя дополнительные механизмы СУБД, что ускоряет работу разрабатываемых программ, так как устраняются модули-посредники.

Преимуществами предложенных решений являются более общая, чем в ООП, модель данных (графическая нотация может использоваться при проектировании и анализе сложных предметных областей), лаконичность языковых конструкций, отсутствие избыточности модулей-посредников в текстовой нотации, встроенный язык запросов с возможностями SQL и анализа графовых структур, явное задание операций над сложными сущностями (паттернами).

Практическое значение имеет созданное средство автоматизированного проектирования «Patterns», поддерживающее графическое проектирование ИС, автоматическую генерацию кода в текстовой нотации и кода на языке С++ и оценок сложности структуры ИС, позволяющее проектировать и анализировать приложения и базы данных в рамках единого подхода. Графическая диаграмма модифицирует диаграмму классов UML, а текстовая нотация вводит дополнительные элементы в язык С++. Таким образом, сохраняется преемственность с лидирующими технологиями в области проектирования программного обеспечения.

Результаты работы внедрены и используются в Свердловском предприятии вычислительной техники и информатики (средство проектирования Patterns используется при анализе и проектировании программных комплексов) и ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет» (учебный процесс специальности «Информационные системы в технике и технологиях» по дисциплинам «Управление данными» и «Проектирование информационных систем», г/б НИР 3334 «Создание CASE-средств проектирования распределенных информационных систем»).

Результаты, выносимые на защиту, авторский вклад.

1. Объединенная парадигма, включающая элементы ООП, реляционных баз данных, семантических сетей и фреймов. Методика проектирования ИС.

2. Графические диаграммы и текстовые нотации, позволяющие проектировать ИС в виде структур распределенных сетей паттернов.

3. Операции над паттернами для возможности явной реализации объектных алгебр при проектировании ИС.

4. Оценки сложности структур ИС, позволяющие рассчитывать сложность баз данных и прикладных приложений в рамках единого подхода, прогнозировать развитие ИС и оценивать труд проектировщиков.

5. Алгоритм преобразования сети паттернов в код на языке С++, позволяющий находить эквивалент сложным объектам — паттернам этапа логического проектирования в виде структуры классов на языке С++. Авторский вклад. Все выносимые на защиту результаты и положения диссертационной работы получены и разработаны лично автором.

Достоверность и обоснованность работы.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечиваются внутренней логической непротиворечивостью исследований, совместимостью с ведущими технологиями программирования, подтверждаются показателями эффективности работы программного комплекса на примерах и результатами его функционирования при внедрении.

Апробация результатов работы, публикации.

Основные научные результаты, полученные в ходе диссертационного исследования, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и выставках: III, IV, V отчетных конференциях молодых ученых УГТУ-УПИ (Екатеринбург, 2002, 2003), межрегиональных форумах «Приборостроение» (Екатеринбург, 2002, 2003), всероссийской научно-технической конференции «Радиовысотометрия-2004» (Каменск-Уральский, 2004), конференции, посвященной 50-летию радиотехнического образования на Урале, международной научно-практической конференции «Связь-пром 2005». По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 6 статей, в том числе 1 — в издании, рекомендуемом ВАК.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, грех приложений, библиографии и оглавлениявсего 219 стр. (основной текст — 172 стр.), 73 рисунка, 24 таблицы, 71 листинг программ.

Список литературы

включает 150 наименований. Первая глава содержит анализ объектов исследования, рассматриваются возможности объединения моделей объектно-ориентированных технологий, моделей интеллектуальных систем, баз данных. Рассматриваются системы с эволюцией структуры и распределенные системы. Во второй главе приводятся теоретические положения объединенной парадигмы, анализ и проектирование ИС, вид ИС в соответствии с объединенной парадигмой. Третья глава содержит описание графической и текстовой нотации для разработанной парадигмы, приводится формальное определение понятия «паттерн». В четвертой главе приводится математический аппарат для описания раз.

Выводы.

В данной главе рассмотрено средство проектирования ИС «Patterns», реализующее идеи объединенной парадигмы. На примере паттерна «административная единица» и абстрактном примере показывается, что предложенная текстовая нотация имеет преимущества по сравнению с кодом С++ по длине кода и числу строк, а также по простоте (количеству сущностей). Сокращение числа сущностей (до 44%), достигаемое за счет единого графического представления паттерна, соответствующего композиции классов С++, упрощает проектирование структуры класса, а значит, сокращает время проектирования. Приводятся схемы алгоритма, преобразующего структуру паттернов в объектную структуру С++.

Заключение

.

Мы рассмотрели полезность нескольких элементов объединенной парадигмы при проектировании паттерна «Административная единица» (см. Табл. 23).

Табл. 23. Использование элементов объединенной парадигмы для паттерна «Административная единица».

Элементы объединенной парадигмы Использование.

Гибридная рекурсивная связь Отношение подчинения административных единиц.

Метаклассы Типы административных единиц.

Расширенные объекты Адрес.

Паттерн, сочетающий экземпляризируе-мость, связь и функцию Оператор объединения административных единиц.

Аналог рекурсивных запросов Формирование адреса.

Алгебраические операции Объединение административных единиц.

Механизмы обеспечения динамизма структуры и открытости системы Использование общей БД в различных ИС.

Также рассчитана сложность разработанной системы по введенным оценкам сложности паттерна.

Паттерн «Административная единица» находит широкое применение в системах, использующих пространственные БД. Кроме того, паттерны с аналогичной структурой могут использоваться в системах с иерархиями и взаимосвязями между узлами (компонентные технические системы с различными видами взаимосвязей, системы менеджмента персонала и т. д.).