Приложение Г (справочное). Подходы сущность-атрибут-связь

Приложение Г
(справочное)

Подходы сущность-атрибут-связь

Основная цель данного приложения - изложить понятия, имеющиеся в большинстве подходов сущность-атрибут-связь.

Учитывая цели концептуальной схемы, можно указать следующие роли этих подходов;

а) обеспечить общую основу для понимания поведения проблемной области.

Основные понятия - сущность, атрибут и связь - кажутся простыми для понимания и обучения, хотя часто трудно сделать верный выбор на основе анализа части мира, составляющей проблемную область. Особое внимание обращается на структуру связей между сущностями;

б) определить допустимые изменения и манипулирование информацией о проблемной области.

В подходах сущность-атрибут-связь использование основных понятий создает некоторую жесткость по сравнению с другими классами подходов. Например, различие между атрибутом и связью приводит к возникновению некоторых трудностей при модификации концептуальной схемы. Поскольку в большинстве подходов сущность-атрибут-связь не сформулированы динамические ограничения, управление допустимым манипулированием довольно ограничено;

в) обеспечить основу для интерпретации внешних и внутренних синтаксических форм, которые представляют информацию о проблемной области;

г) обеспечить основу для взаимного отображения внешних и внутренних схем.

В подходах сущность-атрибут-связь роль концептуальной схемы чаще понимается как результат определенной стадии интерактивного процесса проектирования. На последующих стадиях эта концептуальная схема преобразуется вручную во внешние и внутренние модели данных.

Г.1 Фундаментальные понятия

В подходах сущность-атрибут-связь считается, что проблемная область состоит из базовых понятий сущностей, которые могут иметь атрибуты и связи между сущностями. В некоторых подходах связи также могут иметь атрибуты.

Сущность - это любой конкретный или абстрактный объект в проблемной области.

Атрибут - это наблюдаемое свойство сущности или наблюдаемое свойство ассоциации между сущностями проблемной области.

Атрибут имеет значение.

Связь - это наблюдаемая ассоциация между сущностями проблемной области.

Атрибуты и связи являются высказываниями о сущностях. Атрибуты - это одноместные или двухместные высказывания о единичной сущности или связи, часто ассоциирующие определенное значение с этой сущностью или связью. Связи - это высказывания о двух или более сущностях (N-местные высказывания).

Объекты, имеющие общие свойства, относятся к одному типу. Тип - это классификация подобных объектов. Три основных абстракции подходов сущность-атрибут-связь - тип-сущности, тип-атрибута и тип-связи.

В подходах сущность-атрибут-связь совместно с понятием типа часто используют понятия "реализация" и "совокупность". Реализация определенного типа определяется как уникальный отдельный объект, принадлежащий к этому типу. Совокупность типа - это некоторая совокупность реализации этого типа, которая время от времени может меняться. Обычно, это совокупность всех сущностей данного типа, которые встречаются в соответствующем пространстве сущностей. Тип-сущности - это классификация сущностей, каждая из которых имеет подобные атрибуты, связанные с ней. Каждая реализация типа-сущности должна быть уникальна и поэтому отличима от всех других реализаций этого типа-сущности. В подходах сущность-атрибут-связь сущности различаются посредством одного или более атрибутов, называемых идентификатором. Тип-атрибута - это классификация подобных атрибутов всех реализаций сущности, относящихся к одному типу-сущности, или всех реализаций связи соответствующего типа. Индивидуальная реализация типа-атрибута, ассоциируемая с индивидуальной реализацией типа-сущности или типа-связи, рассматривается как значение атрибута. В данном разделе используется термин "значение-атрибута". Пара <тип-атрибута, значение-атрибута> "идентифицирует" атрибут-сущности. Говорят также, что значения атрибутов, входящих в идентификатор, идентифицируют сущность.

Тип-связи в подходах сущность-атрибут-связь - это связь, определенная на одном или более типах-сущности.

Понятие связи между сущностями - основополагающее для подходов сущность-атрибут-связь. Однако не следует предполагать, что тип-сущности может участвовать только в одном типе-связи. Можно определить любое число типов-связи, в которых принимает участие тип-сущности. Не следует также предполагать, что только один тип-связи может определяться на совокупности типов-сущности. Может быть определено любое число типов-связи, включающих в себя одну и ту же совокупность типов-сущности. Там, где определяются два или более типа-связи на одной и той же совокупности типов-сущности, необходимо различать типы-связи, приписывая им одно или несколько имен.

Некоторые подходы сущность-атрибут-связь также различают типы-значений. Тип-значения - это классификация совокупности значений-атрибута, которые могут образовывать пары с определенным типом-атрибута, и, таким образом, будут атрибутами для сущностей определенного типа-сущности или для связей определенного типа-связи. Тип-значения всегда тесно связан с одним или более типами-атрибута. Другой термин для типа-значения, используемый некоторыми авторами, - домен.

В некоторых подходах сущность-атрибут-связь типы-сущности не могут пересекаться, т.е. определенная сущность может принадлежать только к одному типу-сущности. В других случаях типы-сущности могут пересекаться, т.е. определенная сущность может относиться к нескольким типам-сущности. Это замечание применимо также к типам-атрибута, типам-связи и типам-значения.

Между вариантами подходов сущность-атрибут-связь существуют различия, особенно по отношению к характеристикам связей.

В подходах сущность-атрибут-связь связи могут классифицироваться по трем критериям:

- размерность типа-связи;

- функциональность типа-связи;

- полные и частичные связи.

Размерность типа-связи - это число реализаций сущности в одной реализации типа-связи.

Тип-связи размерности n называют n-арным типом-связи.

Некоторые подходы сущность-атрибут-связь ограничиваются бинарными типами-связи. Более того, некоторые из них не допускают бинарные типы-связи на одном типе-сущности.

Функциональность типа-связи иллюстрируется по отношению к двум различным типам-сущности. Возможными видами функциональности для бинарного типа-связи, определенного на типах-сущности А и В, являются:

- один-к-одному (1-1), когда одна реализация А может быть связана только с одной реализацией В, и каждая реализация В может быть связана только с одной реализацией A;

- один-ко-многим (1-n), когда одна реализация А может иметь одну или более связей, каждую с одной реализацией В, но каждая реализация В может иметь только одну связь с одной реализацией А

- многие-ко-многим (m-n), когда одна реализация А может иметь одну или более связей, каждая с одной реализацией В, и каждая реализация В может иметь несколько связей, каждая с одной реализацией А.

Соответствующие типы функциональности можно определить также и для n-арных типов-связи.

На практике эту характеристику рассматривают вместе с характеристикой полной или частичной связи.

Полная связь, определенная на тип ах-сущностях А и В, требует, чтобы каждая реализация А и В принимали участие в какой-либо связи этого типа-связи.

Частичная связь, определенная на типах-сущности А и В, требует, чтобы некоторые, но не обязательно все, реализации А и некоторые, но не обязательно все, реализации В участвовали в какой-либо связи этого типа-связи.

Возможны четыре случая, полностью независимые от функциональности связи:

А	В
все	все	(полная)
все некоторые некоторые		(частичная)

Комбинация функциональности и полноты/частичности устанавливает мощность связи.

Мощность связи - это число, указывающее, сколько раз реализация типа-сущность участвует в связях определенного типа-связи.

Понятие функциональной зависимости применяется только к множеству реализации-связи, но можно определить функциональную зависимость между подмножеством совокупностей типов-сущности и другим типам-сущности.

Некоторые подходы сущность-атрибут-связь, которые допускают только бинарные типы-связи, ограничиваются типами-связи "один-ко-многим", включая "один-к-одному" и "нуль или один-ко-многим". В других допускаются также бинарные типы-связи "многие-ко-многим",

В общем случае, не только сущности, но также и связи могут иметь атрибуты. Но некоторые подходы сущность-атрибут-связь (обычно те, которые допускают только бинарные связи) не позволяют связям иметь атрибуты.

Далее в обсуждении подходов сущность-атрибут-связь выбраны следующие характеристики связей:

- допускаются n-арные типы-связи;

- допускаются типы-связи "многие-ко-многим";

- допускаются атрибуты связей.

Г.2 Грамматика и семантика

Необходимы лингвистические конструкции для именования и описания сущностей, атрибутов, типов-сущности и т.д. Все подходы сущность-атрибут-связь имеют такие конструкции - явно определяемые или неявно предполагаемые.

Основными лингвистическими конструкциями являются:

- имена-типа-сущности - лексические объекты, которые ссылаются на типы-сущности;

- имена-типа-атрибута - лексические объекты, которые ссылаются на типы-атрибута;

- имена-типа-связи - лексические объекты, которые ссылаются на типы-связи.

Для подходов, различающих также типы-значения или домены, дополнительно необходимы имена-типа-значения или имена-доменов - лексические объекты, ссылающиеся на типы-значения или домены.

Для имен-типа будут использоваться прописные буквы.

В формальных языках, использующихся в подходах сущность-атрибут-связь для описания проблемной области, необходимы более сложные конструкции для описания различных типов. Для этих конструкций будет использоваться общий термин "описание". Описание - это граф. рисунок или языковая конструкция, которая описывает тип, а также перечисляет его характеристики. Некоторые авторы используют слово "тип" для понятия "описание-типа".

В подходах сущность-атрибут-связь, рассматриваемых в данном приложении, выделим следующие описания:

- описания-типа-сущности, перечисляющие типы-атрибута и другие характеристики (такие, как идентификатор) для типов-сущности;

- описания-типа-атрибута, перечисляющие характеристики типов-атрибута;

- описания-типа-связи, перечисляющие типы-сущности, на которых определен тип-связи, и дополнительные характеристики, такие, как категория типа-связи, мощность, типы-атрибута при их наличии.

В вариантах, в которых предусмотрены типы-значения или домены, они тоже должны быть описаны посредством описаний-типов-значения или описаний-доменов, перечисляющих характеристики типов-значения.

Ниже приводится синтаксис языка, используемого в этом приложении, для описания концептуальной схемы для примера проблемной области из приложения Б. Но, как уже было замечено, его не следует интерпретировать как предложение для стандартизации этого языка в подходах сущность-атрибут-связь.

концептуальная-схема	= "CONCEPTUAL SCHEMA"
	имя-концептуальной-схемы
	описание-типа-сущности
	{описание-типа-сущности}
	описание-типа-связи
	{описание-типа-связи}.
описание-типа-сущности	= "ENTITY-TYPE" имя-типа-сущности
	"IDENTIFIER" идентификатор
	"DESCRIPTION" описание-типа-атрибута
	{описание-типа-атрибута}.
описание-типа-связи	= "RELATIONSHIP-TYPE" имя-типа-связи
	"DIMENSION" целое-без-знака
	"COLLECTION" имя-типа-сущности
	{имя-типа-сущности}
	"CARDINALITY"
	имя-типа-сущности minс "," maxc
	{имя-типа-сущности minс "," maxc}
	{"FUNCTIONAL DEPENDENCY"
	имя-типа-сущности {имя-типа-сущности}
	"ON имя-типа-сущности}
	["IDENTIFIER" идентификатор]
	["DESCRIPTION"
	описание-типа-атрибута
	{описание-типа-атрибута}].
описание-типа-атрибута	= имя-типа-атрибута.
minс	= целое-без-знака | буква.
maxc	= целое-без-знака | буква.
имя-концептуальной-схемы	= идентифицирующее-имя.
имя-типа-сущности	= идентифицирующее-имя.
идентификатор	= имя-типа-атрибута {"," имя-типа-атрибута}.
имя-типа-атрибута	= идентифицирующее-имя.
имя-типа-связи	= идентифицирующее-имя.
идентифицирующее-имя	= буква {буква | цифра | дефис}.

Буква, цифра, дефис и целое-без-знака далее не определяются.

Идентифицирующие-имена должны быть уникальными в пределах концептуальной схемы.

Г.3 Моделирование

Методы моделирования на основе подходов сущность-атрибут-связь. Эти методы можно поделить на две категории.

В методах непосредственного моделирования проблемной области сущности и связи идентифицируются в высказываниях проблемной области.

Моделирование в два этапа состоит из:

- идентификации атрибутов, т.е. любых значений, несущих информацию;

- построения типов-сущности и типов-связи посредством анализа типов-атрибута.

Г.3.1 Некоторые прагматические правила моделирования

В подходах сущность-атрибут-связь связи определяются между сущностями, а не между атрибутами, следовательно, важен выбор сущностей. Предложены некоторые прагматические правила, позволяющие решать такие проблемы:

а) если тип-сущности имеет только один соответствующий тип-атрибута, его, возможно, следует классифицировать как тип-атрибута какого-либо другого типа-сущности;

б) если атрибуты нескольких сущностей ссылаются на одну и ту же сущность, эта сущность должна классифицироваться как полноправный тип-сущности.

Объяснение этих прагматических правил показывает, что выбор должен производиться посредством изучения проблемной области, а не только ее описания. Решение о том, что является типом-атрибута, а что типом-сущности, не может быть принято априори. Подход сущность-атрибут-связь - итеративный, и то, что представляется атрибутом на ранней стадии процесса моделирования, может оказаться сущностью и наоборот.

Связи - это не сущности. Однако можно построить сущность, которая является трансформацией связи.

Для этого может существовать несколько причин. Одна причина - дать понятию, первоначально представленному типом-связи, особый идентификатор, а не использовать идентификаторы совокупности сущностей, другая - обеспечить наиболее удобное, по мнению проектировщика, представление проблемной области.

Г.3.2 Формальные правила моделирования

Верификация

Верификация позволяет гарантировать, что каждая реализация типа-сущности или типа-связи имеет только одно значение любого типа-атрибута.

Нормализация

Нормализация в подходе сущность-атрибут-связь гарантирует, что ни один атрибут связи не может быть верифицированным по отношению к подмножеству идентификатора связи.

Декомпозиция

Декомпозиция в подходах сущность-атрибут-связь позволяет без потери семантики разбить тип-связи размерности n на несколько типов-связи с меньшими размерностями при условии сохранения функциональных зависимостей, определенных для типа-связи. Необходимо убедиться, что в общей части используются одни и те же реализации.

Г.4 Пример описания

Описание концептуальной схемы па языке, определенном в разделе Г.2:

CONCEPTUAL SCHEMA		регистрация-автомобилей
ENTITY-TYPE		изготовитель
IDENTIFIER		ид-изготовителя
DESCRIPTION		ид-изготовителя
		функционирует
ENTITY-TYPE		модель-автомобиля
IDENTIFIER		ид-модели
DESCRIPTION		ид-модели
		описание-расхода-топлива
ENTITY-TYPE		автомобиль
IDENTIFIER		регистрационный-номер
DESCRIPTION		регистрационный-номер
		серийный-номер
		дата-уничтожения
ENTITY-TYPE		расход-топлива
IDENTIFIER		ид-года
DESCRIPTION		ид-года
		-расходы
ENTITY-TYPE			гараж
IDENTIFIER			ид-гаража
DESCRIPTION			ид-гаража торгует
ENTITY-TYPE			человек
IDENTIFIER			ид-человека
DESCRIPTION			ид-человека
ENTITY-TYPE			передача
IDENTIFIER			передаваемый-автомобиль дата-передачи, последовательный-номер
DESCRIPTION			передаваемый-автомобиль дата-передачи, последовательный-номер
RELATIONSHIP-TYPE			производится-кем
DIMENSION			2
COLLECTION			изготовитель модель-автомобиля
CARDINALITY			изготовитель 0, n модель-автомобиля 1, 1
RELATIONSHIP-TYPE			производится-кем
DIMENSION			2
COLLECTION			изготовитель автомобиль
CARDINALITY			изготовитель 0, n автомобиль 1, 1
RELATIONSHIP-TYPE			является-моделью
DIMENSION			2
COLLECTION			модель-автомобиля автомобиль
CARDINALITY			изготовитель 0, n автомобиль 1, 1
RELATIONSHIP-TYPE			год-выпуска
DIMENSION			2
COLLECTION			расход-топлива автомобиль
CARDINALITY			расход-топлива 0, n автомобиль 1, 1
RELATIONSHIP-TYPE			передача-иг
DIMENSION			4
COLLECTION			автомобиль передача изготовитель гараж
CARDINALITY			автомобиль 0, n передача 1, 1 изготовитель 0, n гараж 0, n
RELATIONSHIP-TYPE			передача-гч
DIMENSION			4
COLLECTION			автомобиль передача гараж человек
CARDINALITY			автомобиль 0, n передача 1, n гараж 0, n человек 0, n
RELATIONSHIP-TYPE DIMENSION COLLECTION			передача-иг 4 автомобиль
			передача человек гараж
CARDINALITY			автомобиль 0, n передача 1, n человек 0, n гараж 0, n
RELATIONSHIP-TYPE DIMENSION COLLECTION			передача-чч 4 автомобиль
CARDINALITY			передача человек автомобиль 0, n
			передача 1, n человек 0, n
			человек 0, n

Г.5 Контрольный список для концептуальной схемы

Дальнейший анализ иллюстрирует, собраны ли в концептуальной схеме все необходимые высказывания о проблемной области. Знак Е подразумевает, что в модели данное утверждение описано, * отсылает к примечаниям в конце раздела.

НАЛИЧИЕ		НЕОБХОДИМЫЕ ВЫСКАЗЫВАНИЯ
Е			1. Проблемная область связана с регистрацией автомобилей и ограничена сферой интересов Органа Регистрации.
Е			2. Каждый изготовитель автомобилей имеет уникальное имя.
*			3. Новые изготовители автомобилей могут начать производство при условии, что они имеют
			разрешение Органа Регистрации.
*			4. Орган Регистрации не может отменить разрешение.
*			5. Одновременно могут работать не более пяти автономных изготовителей.
*			6. Изготовитель может прекратить работу при условии, что он больше не владеет автомобилями.
E			7. Каждый изготовитель автомобилей производит автомобили нескольких моделей.
Е			8. Автомобиль относится к определенной модели.
*			9. Изготовитель автомобилей присваивает серийный номер каждому выпускаемому автомобилю.
*			10. Этот серийный номер является уникальным для всех автомобилей одного изготовителя.
*			11. Вновь произведенный автомобиль регистрируется Органом Регистрации, как только это окажется возможным.
(Е)			12. В этот момент автомобиль регистрируется как принадлежащий изготовителю. Поэтому
			первым владельцем автомобиля будет его изготовитель.
*			13. Только Орган Регистрации может назначить регистрационный номер каждому регистриемому автомобилю.
(Е)			14. Этот регистрационный номер уникален для всех автомобилей в течение всего времени.
Е			15. Автомобиль имеет год выпуска.
*			16. Автомобиль может регистрироваться как произведенный в предыдущем году только в течение января.
Е			17. Автомобили могут быть уничтожены, после чего записывается дата уничтожения.
*			18. История автомобиля должна храниться до конца второго календарного года с момента его уничтожения. После этого она удаляется.
(Е)			19. Имя модели автомобиля уникально для моделей автомобилей в течение всего времени.
*			20. Любая определенная модель автомобиля производится только одним изготовителем.
*			21. Время от времени вводятся новые модели.
Е			22. Все автомобили одной и той же модели потребляют одинаковое количество топлива.
(Е)			23. Расход топлива должен быть известен Органу Регистрации.
*			24. Расход топлива может находиться в пределах 4 - 25 л на 100 км.
*			25. Расход топлива, усредненный по всем автомобилям, произведенным соответствующим изготовителем в определенный год, не должен превышать максимального значения, одинакового для всех изготовителей.
Е			26. Максимальный расход топлива может меняться от года к году.
*	27. В конце января изготовителю, не выполнившему требование по расходу топлива в предыдущем году, посылается уведомление.
Е	28. Каждый гараж имеет уникальное имя.
*	29. Могут открываться новые гаражи.
Е	30. Гаражи могут владеть автомобилями.
*	31. В любое время гараж может владеть автомобилями, произведенными не более чем тремя изготовителями (какими именно, не имеет значения, и они могут меняться со временем).
*	32. Существующий гараж может быть закрыт при условии, что в нем нет зарегистрированных за ним автомобилей.
Е	33. Определенное лицо может иметь один или более автомобилей, зарегистрированных как принадлежащие ему.
Е	34. Два или более человека могут иметь в одновременном владении один или несколько автомобилей.
Е	35. Люди имеют уникальные имена.
*	36. Люди известны Органу Регистрации только в том случае, если они имеют или имели один или более автомобилей, которые известны Органу Регистрации.
*	37. В любой момент времени автомобилем владеет- его изготовитель или гараж, или некое лицо, или группа лиц, но не вместе две или более из этих категорий.
Е	38. Передача права на владение регистрируется, включая дату передачи предыдущего владельца (владельцев) и нового владельца (владельцев).
*	39. Передача права на владение может регистрироваться после уничтожения автомобиля.
*	40. Но передача права на владение может регистрироваться после уничтожения автомобиля при условии, что передача права на владение произошла до уничтожения автомобиля.
Е	41. Каждый изготовитель распределяет новые автомобили нескольким независимым гаражам, каждый из которых может получить автомобили от нескольких изготовителей.
(Е)	42. Поэтому гараж всегда будет вторым владельцем автомобиля.
Е	43. Изготовители не распределяют автомобили другим изготовителям или непосредственно людям.
Е	44. Каждый гараж может продавать (т.е. производить передачу зарегистрированного права владения) новые или бывшие в употреблении автомобили и может покупать (т.е. производить передачу зарегистрированного права владения) автомобили у людей.
Е	45. Гаражам не разрешается продавать автомобили другим гаражам.
Е	46. Гаражам не разрешается продавать автомобили изготовителям.
Е	47. Люди могут продавать автомобили друг другу или покупать их друг у друга.

Замечания по подходам сущность-атрибут-связь

* Помета в круглых скобках означает, что концептуальная схема обеспечивает описание утверждения в информационной базе, но это утверждение не может быть выражено в виде правила. Ограничения уникальности в пунктах 14 и 19 поддерживаются, но не на все время. Так, отсутствует правило, которое запрещало бы иметь двум разным автомобилям один и тот же регистрационный номер, но в различные моменты времени.

* Правила установления полномочий не включены (например, пункты 3, 4, 9, 11 и 13).

* Правила проверки достоверности, хотя они и являются статическими, не включены (например, пункты 5, 10, 24, 25, 31, 36 и 39).

* Взаимное исключение связей не включено (например, пункт 37).

* Не включены динамические правила или ограничения, поэтому пункты 6, 20 и 32 не применимы. Заметим, что в пункте 20 не имеется в виду статическое ограничение "любая определенная модель автомобиля производится одним изготовителем в один момент времени".

* Предписывающие правила взаимодействия не являются частью концептуальной схемы (например, пункты 16, 18, 21, 29, 40).

Г.6 Отображение концептуальной схемы сущность-атрибут-связь в схему сетевой базы данных и схему реляционной базы данных

Процедуру преобразования концептуальной схемы сущность-атрибут-связь сначала в схему сетевой базы данных и затем в схему реляционной базы данных можно в общих чертах охарактеризовать следующим образом:

а) поместить типы-атрибута одного типа-сущности в тип-записи;

б) взять типы-связи "один-ко-многим" и преобразовать их в типы-набора;

в) преобразовать типы-связи "многое-ко-многим", n-арные (n>2) типы-связи и типы-связи, имеющие типы-атрибуты, в типы-записи и преобразовать соединительные линии в типы-набора.

Чтобы получить реляционную схему базы данных, следует отобразить типы-записи в отношениях. При этом наборы следует представить "ключами-владельцев", которые ссылаются на "кортежи-владельцев" (например, производится-кем в модель-автомобиля).