Средства обработки совокупности структур в системах управления данными тема автореферата и диссертации по математике, 01.01.09 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ . ^

ГЛАВА I. ОБРАБОТКА ДАННЫХ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ.iO

§ I.I Основные черты системы управления данными АСНИ.Ю

§ 1.2 Требования к средствам обработки структур данных .1%

ВЫВОДЫ . . . .Я

ГЛАВА 2. СРЕДСТВА ОПИСАНИЯ СТРУКТУР ДАННЫХ.

§ 2.1 Структуры и типы данных.%%

§ 2.2 Методы формальных спецификаций структур данных.

§ 2.3 Эквационально-инициальное описание структур данных.

ВЫВОДЫ.S

ГЛАВА 3. ОПИСАНИЯ И РЕАЛИЗАЦИЯ НЕКОТОРЫХ СТРУКТУР

ДАННЫХ. ^

§ 3.1 Язык спецификаций. Примеры.Si

§ 3.2 Формальные спецификации файлов СУБД

СЕТОР.iS

§ 3.3 Реализация абстрактных типов конкретными.

ГЛАВА 4. СРЕДСТВА ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СОВОКУПНОСТИ

СТРУКТУР ДАННЫХ.

§ 4.1 Краткое описание специализированной

АИПС "Стекло".ЭД

§ 4.2 Методология работы пользователя с структурами данных в системе управления данными . .и

§ 4.3 Программная реализация совокупности структур данных.

ВЫВОДИ.

Современные научно-исследовательские работы практически во всех областях науки и техники характеризуются резко возрастающим объемом перерабатываемой информации - информации, описывающей исследуемые явления. Часто для выработки какой-либо гипотезы, а тем более для ее проверки, необходимо провести большое количество опытов, поставить разнообразные эксперименты, обработать большое количество проб, проанализировать ранее накопленный тактический материал. Труд по обработке подобных данных в большинстве своем носит рутинный,механический характер.

Вместе с тем широко развиваются методы и средства научно-технических исследований, ориентированные на широкое использование вычислительной техники. Значительный объем анализируемой информации в подобных исследованиях просто невозможно переработать без применения электронно-вычислительных машин. Все это способствовало появлению автоматизированных систем научных исследований /АСНИ/, автоматизирующих процессы сбора и обработки данных, выполняющих большой объем механической работы. Информационный фундамент таких систем - запоминание, хранение, поддержание данных в адекватном состоянии, поиск и выдача информации в систему обработки данных -реализуется средствами систем управления баз данных /СУБД/.

Однако системы управления базами данных поддерживают лишь жестко фиксированные структуры, в то время как в научно-технических работах структура исследуемых данных заранее не может быть фиксирована, поскольку очень часто сама является предметом изучения р]. Кроме того, ряд работ, касающихся, например, вопросов протекания технологических процессов, характеризуется большим объемом поступающей в систему разнородной информации и требующей ее хранения. Эта информация может иметь различную структуру, требовать разнообразные правила обработки /например, информация, собираемая различными датчиками о каком-либо технологическом процессе/. Поэтому мы не можем заранее фиксировать структуру хранения данных, а должны иметь возможность достаточно гибко ее менять.

В настоящее время существует резкая граница между возможностями языков программирования и средствами, представляемыми СУБД в области структурирования данных. Считаемся, что структура данных в идеале должна соответствовать решаемой задаче, вытекать из структуры самой задачи [з]. В языках программирования с введением абстрактных типов данных произошел заметный сдвиг в направлении расширения набора представляемых пользователю структур данных. Но после того, как новые структуры созданы, может возникнуть необходимость сохранить эти данные для последующего использования, то есть преобразовать их в структуры хранения. Однако для хранения данных мы можем использовать лишь команды языка манипулирования данными - здесь и проявляется разительное несоответствие между средствами представления структур в языках программирования и структурами хранения данных.

В настоящее время это несоответствие устраняется проектировщиками систем обработки данных или программистами, что называется, "вручную". Структуры данных, полученные в результате работы программ содержательной обработки данных, преобразовываются в хранимые структуры. Подобные преобразования возникают еще на этапе рроектирования программ содержательной обработки данных и существенно усложняют этот этап и последующий - этап программирования. Введение преобразований в программы содержательной обработки данных ухудшает и такую важную характеристику программы, как легкость ее понимания.

Изучение вопросов обработки структур данных необходимо и должно носить методологический и практический характер. Поэтому в настоящей работе решается задача создания и реализации средств обработки совокупности структур в системы управления данными, опираясь на структуры данных языков программирования высокого уровня и систем управления базами данных. Предлагаемый подход позволяет значительно упростить процесс обращения к данным, хранящимся под управлением СУБД, и последующее их использование процедурами содержательной обработки данных.

Средства обработки структур данных основывается на алгебраическом подходе к их описанию.

Впервые в нашей стране понятие "алгебра структур данных" введено академиком В.М.Глушковьтм [4] и затем было развито в работах [5, б]. Из зарубежных основополагающей является работа [7]. Обзор работ в данном направлении содержится в недавно вышедшей статье [8].

Целью диссертационной работы является;

- выбор средств описания произвольных структур данных, используемых в программах содержательной обработки данных;

- построение общей схемы реализации преобразований структур данных;

- разработка алгоритмов реализации методов преобразования структур данных в структуры хранения;

- постановка задачи автоматизации преобразований структур данных.

Научная новизна. Развит оригинальный подход к включению средств обработки совокупности структур в системы управления данными. Обоснована и практически продемонстрирована применимость алгебраических спецификаций для описания структур данных, формализована технология проектирования алгебраических спецификаций абстрактных и конкретных типов данных. исследованы основные требования, которым доллсна удовлетворять система обработки совокупности структур в системах управления данными, ее основные функции и разработана исходя из этого общая схема функционирования системы обработки структур, проведен анализ средств обработки структур данных в системах.

Практическая ценность. Предлагаемый в работе подход к введению средств обработки совокупности структур может использоваться в ряде случаев при разработке систем управления данными, ориентированных на обработку данных различной структуры и характеризуемых не очень большим объемом хранимой информации.

Реализованные средства обработки структур данных входят в состав специализированных автоматизированных информационно-поисковых систем /АИПС/ и поддерживают преобразование структур данных /хранимых/ в структуры содержательной обработки данных.

Реализация средств обработки совокупности структур может быть проведена с использованием различных языков программирования и разных систем управления базами данных.

Использование разработанного подхода позволяет в ряде случаев упростить процесс обработки данных за счет выделения, унификации и частичной автоматизации преобразований структур данных в структуры хранения.

Реализация результатов. Разработанные алгоритмы и программы включены в состав математического обеспечения АИПС "Палинолог" и МТС "Стекло" [55,56^) .

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- технических совещаниях с представителями заказчиков в 19811983 г.г.;

- межвузовской конференции "Развитие фундаментальных и прикладных исследований" в г. Ленинграде в 1983 г.;

- У Всесоюзном симпозиуме "Проблемы системотехники" в г. Ленинграде в 1983 г.;

- семинарах кафедры автоматизации сложных систем ЛГУ в 19811983 г.

Публикации. Содержание работы изложено в статьях [51 -54].

Объем и структура работы. Диссертация содержит 106 страниц и включает 3 рисунка. Список использованной литературы включает 56 наименований.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Основные результаты диссертации внедрены работами по темам "Обеспечение и внедрение в производство информационного) исковой системы "Палинолог" для расчленения верхнепалеозойских отложений Якутии" № гос. per. 45-80-17/61 [55J и "Создание информационно-поисковой системы "состав - свойство - качество" оптического стекла" № гос. per. 810 86408 [5б] .

- 94

Практическое использование средств обработки совокупности структур показало значительное упрощение процесса преобразования структур данных программ содержательной обработки в структуры хранения.

-9f

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существующие системы обработки данных в некоторых случаях не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, что определяет актуальность решаемой в настоящей работе задачи разработки и создания новых средств обработки данных.

Сформулированы и обоснованы основные требования к СУД АСНЙ. Показана важность упрощения процесса преобразования структур данных.

Исходя из этого автором предложена схема введения средств обработки совокупности структур в систему управления данными.

Перечислим основные результаты диссертации.

1. Предложен универсальный способ введения средств описания и реализации структур данных в систему управления данными, не зависящий от языка программирования и СУБД.

2. Построены эквационально-инициальные спецификации для ряда структур данных и конкретной системы управления базами данных.

3. Формально поставлена задача автоматизации построения преобразований структур данных.

4. Разработаны и реализованы алгоритмы и программы реализации абстрактных типов данных конкретной СУБД.

1. Александров В.В., Горский Н.Д. Алгоритмы и программы структурного метода обработки данных,- Л.: Наука, 1983 -208 с.

2. Пономарев В.М. Алгоритмические проблемы автоматизации научных исследований.-В кн.: Алгоритмические модели в автоматизации исследований.- М.: Наука, 1980, с. 5-9.

3. Холл П.Э. Вычислительные структуры.- М.: Мир, 1978 214 с.

4. Глушков В.М., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. Теория структур данных и синхроннее параллельные вычисления.-Кибернетика, 1976, № б, с.2-15.

5. Бублик В.В., Гороховский С.С. Алгебраическая трактовка структур данных. Кибернетика, 1978, .?- 2, с. 10-15.

6. Горшков П.В. О соотношениях в алгебрах структур данных.-Кибернетика, 1978, Р 3, с. 24-32.

7. Qroymn а I, Ушййг ^ Щт. Е. С, Я^йсс/ alae/^uL ctpf%€>iz<>JL iM-пт- стХ о^ aJtmtM^7 <lcwz1. Cwwvt In тгМ^й^ 1. Ж у Saiii^mln^, ИлЖ,1. Зо-Ш

8. Агафонов В.Н. Типы и абстракция данных в языках программирования. -В кн.: Данные в языках программирования. Абстракция и типология.- М.: Мир, 1982, с. 265-327.

9. Стогний А.А., ред. Основные характеристики отечественных СУБД и ИПС.- Препринт, Р 46 ЙК АН УССР, 1980 32 с.

10. Андон §.й. и др. Основные положения системы управления базами данных ОКА.- Управляющие системы и машины, 1977,1. К°- 2, с. 32-35.

11. Пурвин 10.В., Михаилов Ж.А., Демидов И.В., Цыганков 10.И. Система управления базами данных СЕДАН,- М.: Финансы и статистика, 1981 102 с.

12. БАНК данных универсальной структуры.-Калинин, "Ценртрпро-граммсистем", 1975.

13. Дейт К. Введение в систем,! баз данных.- М.: Наука, 1980с #

14. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных сис-^ темах.- М.: Мир, 1980 662 с.

15. Юл Дж., Кэндел М. Теория статистики.- М.: Госстатиздат ЦСУ СССР, I960 779 с.

16. Соколов А.В. Информационно-поисковые системы.- М.: Радио и связь, 1981.- 151 с.

17. Подшивалов Д.Б. Предисловие к русскому изданию.- В кн.: Язык программирования АДА /предварительное описание/. М.: Финансы и статистика, 1981.- с. 5-6.

18. Широков 5?.В. Язык АЛЛ основные концепции.- В кн.: Алгоритмы и организация решения экономических задач. М.: Статистика, 1980, с. 124-143.

19. Лавров С.С., Силагадзе Г.С. Автоматическая обработка данных. Язык ЛИСП и его реализация.- М.: Наука, 1978.-176 с.

20. Фролов Г.Д., Олюнин В.Ю. Практический курс программирования на языке ПЛ/1.- М.: Наука, 1983.- 384 с.

21. Васильев В.А. Язык АЛГОЛ-68. Основные понятия.- М.: Наука, 1972.- 73с.

22. Гребенников Л.К., Лебедев В.Н. Решение задач на ПЛ/1 в ОС ЕС.- М.: Финансы и статистика, 1981.- 302 с.

23. Калиниченко Л.А., Чабан И.А. Проект системы интеграции-празнотипных баз данных.- Управляющие системы и машины, 1981, № 4, с. 7-14.

24. Замулин А.В., Скопин й.Н. Принципы построения модулей баз данных.- Управляющие системы и машины, 1983, Р 4, с. 88-93.

25. Когаловский М.Р., Когутовский В.В., Макальский К.И., Виноградов М.М. Мультимодельная система управления базами данных МУССОН.- В кн.: Прикладная информатика, 1981, в.1, с. 211/228.

26. Когаловский М.Р., Макальский К.И. Интерфейс бинарной сетевой модели для конечного пользователя СУБД.- В кн.: Разработка и использование программных средств для информационных систем. М.: ЦЭМИ АН СССР, 1979.28.md tmfiu^-IBH ^^iW^^

27. Язык описания данных К0ДАСШ1. Под ред. Когаловского М.Р. и Столярова Т.К.- М.: Статистика, 1981.- 183 с.

28. Данные в языках программирования. Абстракция и типология.-М.: Мир, 1982.- 327 с*аш^Jvmc1. PnntUi -НаЖ,49?в-449р.

29. Большая Советская Энциклопедия.- М.: Советская энциклопедия, 1976, т. 24/1/.- с. 598.

30. Большая Советская Энциклопедия.- М.: Советская энциклопедия, 1976, т. 25, с. 561.

31. Дисков Б., Зиллес С. Методы спецификации, используемые для абстрактных данных.- В кн.: Данные в языках программирования. Абстракция и типология. М.: Мир, 1982,с.91-122.

32. Гостев Ю.Г. Атомарные языки и грамматики. К теории семейств из структур данных,- Кибернетика, 1981, Р 2,с.20-25.

33. Гостев Ю.Г. Описание семантики программ с помощью подстановок на графах,- Программирование, , №5, с.П-17.

34. Гостев Ю.Г. Применение атомарных грамматик для описания схем структур данных.- Кибернетика, 1982, №2, c.III-ПЗ.

35. Лавров С.С. Основные понятия и конструкции языков программирования." М.: Финансы и статистика, 1982.- 80 с.

36. Майерс Г. Надежность программного обеспечения.- М.: Мир, 1980,- 360 с.

37. Гороховский С.С., Капитонова Ю.В., Летичевский А.А. О средствах программирования и решения логических задач в системах математического обеспечения /основные понятия языка /.- Кибернетика, 1973, II? 4, с. 27-47.1. J9$i-ff. <f93-2W.

38. Щт/хзЬРМС. SfaJx, fwf т, ЛА тшшщ^ м^тж- ишгет^ FDT1. BJP. АСМ-ШМР.), rns}}/.

39. Кон П. Универсальная алгебра.- М.: Мир, 1968.- 351 с.44. Ж, Щшк В Л., Щ&ЗА

40. V ~ ». ~/г / . Л л У//7. Jp^rbV&t1. CM (Жgtw^ui ЪмЛгя. О, к /тал^ ftftt49.

41. Мальцев А.И. Алгебраические системы. М.: Наука, 1970.■ 392 с.

42. Ершов ЮЛ. Теория нумераций.- М.: Наука, 1977.- 416 с.

43. Bmffk^ Т^Ле/с У, И Оть ярг^ыйуш. die-PL А V /кЯгш,ijffe Cmimn^fa in JSttrff. gp-79

44. Система программного обеспечения ведения информационной базы сетевой структуры CET0P. Руководство администратора базы данных.- Калинин, "Центрпрограммсистем", I98I.-II8c.

45. Пашкевич В.Э. Способ реализации табличной памяти средствами СУБД СЕТОР.- Редколл. журн. "Вестн. Ленингр. ун-та, сер.: математика, механика, астрономия". Л., 1983.- 4 с. /Рукопись деп. в ВИНИТИ 2 сентября 1983 г., P50I7-83 Деп./

46. Пашкевич В.Э. Об одном подходе к созданию системы обработки экспериментальных данных.- Вестн. Ленингр. ун-та, 1983, № 19, с. 102-103.

47. Пашкевич Н.Г., Доставалова Н.Г., Пашкевич В.Э., Долбаева М.К. Отчет по теме "Обеспечение и внедрение в производство информационно-поисковой системы "Палинолог" для расчленения верхнепалеозойских отложений Якутии". Якутск, 1982, № гос. per. 45-80-17/61.

48. Пашкевич В.Э. и др. Построение банков данных.- Отчет по теме "Создание информационно-поисковой системы "состав -свойство качество" оптического стекла". Л.: НИИ ВМиПУ, № гос. per. 81086408.