Лекции по "Информатике"

интенсионалом это правило, которое позволяет определить принадлежность конкретного факта к данному понятию. Экстенсионалом множество конкретных фактов, соответствующих данному понятию. Например, понятие «четное число» интенсионально определяется следующим образом: число, которое при делении на 2  дает нулевой остаток. Экстенсионалом данного понятия является множество конкретных четных чисел (2,4,6,8…).

Знаниям, свойственно:

1)внутренняя интерпретируемость, т.е. в знаниях содержится информация, раскрывающая смысл элементов знаний

2)структурированность, т.е. это свойство декомпозиции сложных объектов на более простые и установление соответствующих связей между ними (что из чего состоит, что именно является общим по отношению к чему именно частному)

3)связность – отражает закономерности относительно фактов, процессов, явлений и соответствующие отношения между ними (причинно-следственные, временные и т.д.)

4)активность – знания активны, т.к. включают в себя планы действий, процедуры, непосредственно управляющие исполнителем

Знания  реализуют в виде программ или  баз знаний, а данные – в виде баз данных. Для представления  знаний в виде программ применяются  специальные языки (алгоритмические языки), а при создании баз знаний и баз данных используются особые модели представления (языки описания) этих видов информации, учитывающие их специфику.

 Модель  представления информации определяют  правила, в соответствии с которыми  описывается эта информация. Широко  распространенным способом представления элементов информации и связей между ними является распределение их по типам (категориям, классам), при этом элементы одного типа предполагаются подобными.

В соответствии с уровнем требований, предъявляемых  к разбиению элементов на типы (типизация), модели разделяют на сильно типизированные и слабо типизированные.

Сильно  типизированные – модели, в которых предполагается, что все конкретные элементы должны быть обязательно отнесены к какому-либо типу из множества заранее определенных. Если какие-то элементы нельзя отнести к какому-либо типу явным образом, то приходится использовать различные искусственные приемы, чтобы отнести данный элемент к одному из имеющихся типов. Все элементы, принадлежащие к одному типу, должны иметь однотипные свойства  структуру.

Слабо типизированные модели не связаны никакими предположениями относительно типов. Типы используются в той степени, в какой это целесообразно в каждом конкретном случае. Отдельные элементы могут присутствовать в модели как сами по себе, так и вместе с другими подобными элементами.

Для представления  данных используются сильно типизированные модели, для представления знаний – слабо типизированные.

Для использования  информации, содержащейся в базах  знаний и данных, используются специальные программные средства, называемые соответственно системами управления базами знаний (СУБЗ) и системами управления базами данных (СУБД). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Представление данных

I.Уровни моделей данных

Под базой данных (БД) понимается специально организованная совокупность взаимосвязанных данных, отражающих состояние определенной предметной области. При создании БД необходимо разработать ее модель, которая должна соответствовать не только текущим информационным потребностям предметной области, но и в максимальной степени обеспечивать возможность их изменения и расширения.

Различают 3 уровня моделей представления данных:

уровень внешних моделей  – ориентированы на разные типы конечных пользователей БД, т.е. описывают те данные, которые представляют интерес для конкретных категорий пользователей. В них отражаются разные взгляды на одни и те же объекты и связи между ними. Этот этап выполняется специалистами в той предметной области, для которой предполагается создание БД.

уровень концептуальной модели – отражает представление общего содержания БД, эта модель соответствует описанию предметной области в целом, т.е. определяет объекты, их характеристики и отношения, представляющие интерес для всех пользователей, в ней совмещаются потребности пользователей всех категорий, зафиксированные во внешних моделях. Концептуальная модель – единый обобщающий взгляд на требования, в соответствии с которыми должна быть реализована БД. Эта модель разрабатывается прежде всего для того, чтобы выявить и определить все объекты предметной области, их структуру, взаимосвязи между ними, обеспечить полноту и непротиворечивость БД, а также будущее ее использование (наращивание, модификацию и т.д.). Эта модель создается специалистами в предметной области с привлечением специалистов в реализации БД.

уровень внутренней модели физического  хранения данных в  памяти ЭВМ –  внутренние модели ориентированы на конкретные особенности программных свойств и ЭВМ, с помощью которых реализуется БД. Такая модель представляет собой конкретное машинное представление данных. Эти работы выполняются специалистами в области СУБД.

При этом концептуальная модель отображается в  логическую, а логическая, в свою очередь, - в физическую, ориентированную  на конкретный тип ЭВМ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

II.Абстракции

Абстракция предполагает, что несуществующие детали игнорируются и внимание концентрируется на основных качествах объектов, с точки зрения последующего использования данных. Использование абстракций является одним из основных способов структуризации данных, который применяется для образования типов данных. Кроме того абстракция позволяет на основе одних типов построить другие, более общие.

Элементарная  форма абстракции – обобщение конкретных значений в типы свойств или конкретных экземпляров объекта в типы объектов.

Например, тип свойства ИМЯ – абстракция множества конкретных имен. Тип объекта  КЛИЕНТ – абстракция множества представлений  о конкретных клиентах.

Абстракция  может быть многоуровневой, т.е. абстракция одного уровня может рассматриваться как объект абстракции другого уровня. Таким образом, абстракция одного уровня может использоваться для формирования нового типа следующего уровня абстракции. Например, тип объекта ЛИЧНОСТЬ может являться абстракцией типов объектов КЛИЕНТ и СЛУЖАЩИЙ. Абстракция может порождать сложные типы, которые состоят из других типов. Например, тип объекта КЛИЕНТ может состоять из типов свойств Номер, Имя, Адрес, Возраст. Формально записывается так: КЛИЕНТ (Номер, Имя, Адрес, Возраст).

К элементам  данных применяют два вида абстракции: агрегация и обобщение.

Агрегация – абстракция, с помощью которой  объект конструируется из других объектов. В этом случае внимание уделяется  тем свойствам, характеристикам, деталям, атрибутам, из которых состоит объект, а все остальное считается  несущественным. Агрегация используется как на уровне конкретных экземпляров (экземпляр типа объекта, т.е. описание конкретного объекта, относящееся к этому типу), так и на уровне типов (тип объекта состоит из типов свойств). Например, тип объекта КЛИЕНТ может быть сконструирован из типов свойств Номер, Имя, Адрес и Возраст. Тогда каждый экземпляр этого типа объекта должен быть  сконструирован из конкретных значений именно этих типов свойств, причем в строго определенном порядке. Например, 20, Иваново, Иваново, 20.

Типы  свойств составляют типы объектов и  относятся к интенсиональной  информации => называются интенсиональными свойствами. Конкретные реализации (экземпляры) какого-либо типа объекта конструируются из конкретных экземпляров (значений) интенсиональных типов свойств. Эти свойства реализации относятся к интенсиональной информации => называются интенсиональными свойствами. Агрегация на уровне типов предполагает множество агрегаций на уровне экземпляров. Агрегация позволяет раскрыть структуру объектов. Часто агрегацию описывают с помощью так называемой схемы агрегации . В ней типы объектов обозначаются прописными буквами и показываются прямоугольниками, а типы свойств – строчными (первая – прописная) и показываются овалами. Прямоугольники и овалы называются вершинами, они соединяются линиями со стрелками в направлении от типов свойств к тем типам объектов, которые из них состоят. Эти линии называются дугами, на дугах располагаются метки, определяющие порядок типов свойств, составляющих тип объекта.

Например,

 

                                         Имя         1      Возраст   2          Адрес  

                                     1                  2                             3                           3

                          СЛУЖАЩИЙ                                              СТУДЕНТ

                                           4                       5                          4                          5

                                 Зарплата             Университет             Факультет 
 
 

Обобщение – в этом случае внимание концентрируется на том общем, что имеется у объектов. Обобщение позволяет соотнести множество конкретных значений данных или конкретных экземпляров объекта с одним общим типом (в первом случае – с типом свойства, а во втором – с типом объекта). Обобщение от экземпляров к типу – классификация. Обобщение от типа к типу – обобщение типов. Обобщение выделяет сходство объектов, игнорируя их различия.. Часто обобщение описывают с помощью так называемой схемы обобщения, в ней типы объектов показывают прямоугольниками с соответствующими названиями. Они соединяются дугами, которые показывают направление обобщения (от частного к общему).

Например, 

                                                  ЛИЧНОСТЬ 

            

                СЛУЖАЩИЙ                                          СТУДЕНТ 

Чтобы отличить обобщение от агрегации, дуги, показывающие обобщение, рисуют двойными линиями, а агрегацию – одинарными. Предполагается, что обобщающий тип обладает свойствами общими для базовых типов, т.е. предполагается, что все свойства (атрибуты) обобщающего типа наследуются базовыми типами. Обобщение на уровне типов предполагает обобщение на уровне экземпляров.

Например, из-за того, что тип ЛИЧНОСТЬ есть обобщение типов СЛУЖАШИЙ и СДУДЕНТ, каждый конкретный служащий или студент рассматривается как личность.

Можно в одной схеме показать как  обобщение, так и агрегацию. В  ней дугами с двойными линиями  показывают обобщение (от частного к  общему), а дугами с одинарными линиями  – агрегацию.

Например,

                                                 ЛИЧНОСТЬ

                                                   1            2        3

                                                         

                                           Имя   Возраст Адрес

               

                   СЛУЖАЩИЙ                                          СТУДЕНТ

                             4                      5                    4                              5

                           

                      Зар. Плата             Университет             Факультет