Базы данных и базы знаний кратко

Обновлено: 05.07.2024

1. Базы данных и базы знаний. Классификация и примеры основных СУБД.

База Данных (БД) — информационная модель, позволяющая в упорядоченном виде хранить данные о группе объектов с одинаковым набором свойств или поименованную совокупность структурированных данных. (Поименованная совокупность структурированных данных предметной области).

Структура БД

Организация структуры БД формируется исходя из следующих соображений:

- Адекватность описываемому объекту/системе — на уровне концептуальной и логической модели.

- Удобство использования для ведения учёта и анализа данных — на уровне так называемой физической модели.

Виды логических (даталогических) моделей БД:

Документальные (архивы) — ориентированные на формат документа, дескрипторные, тезаурусные.

- теоретико-графовые : иерархическая модель, сетевая модель.

- теоретико-множественные : реляционная модель ( ER -модель), многомерная модель.

- объектно-ориентированные : объектная модель.

- основанные на инвертированных файлах.

Классификация БД

По модели представления данных БД классифицируются:

На уровне физической модели электронная БД представляет собой файл или их набор в формате TXT , CSV , Excel , DBF , XML либо в специализированном формате конкретной СУБД. Также в СУБД в понятие физической модели включают специализированные виртуальные понятия, существующие в её рамках — таблица, табличное пространство, сегмент, куб, кластер и т. д.

В настоящее время наибольшее распространение получили реляционные базы данных. Картотеками пользовались до появления электронных баз данных. Сетев ые и ие рархические базы данных считаются устаревшими, объектно-ориентированные пока никак не стандартизированы и не получили широкого распространения. Некоторое возрождение получили иерархические базы данных в связи с появлением и распространением XML .

Этапы проектирования базы данных:

1. Концептуальное проектирование — сбор, анализ и редактирование требований к данным. Для этого осуществляются следующие мероприятия:

- обследование предметной области, изучен ие ее и нформационной структуры

- выявление всех фрагментов, каждый из которых характеризуется пользовательским представлением, информационными объектами и связями между ними, процессами над информационными объектами

- моделирование и интеграция всех представлений

2. Логическое проектирование — преобразование требований к данным в структуры данных. На выходе получаем СУБД-ориентированную структуру базы данных и спецификации прикладных программ. На этом этапе часто моделируют базы данных применительно к различным СУБД и проводят сравнительный анализ моделей.

3. Физическое проектирование — определение особенностей хранения данных, методов доступа и т. д.

Различие уровней представления данных на каждом этапе проектирования реляционной базы данных:

ЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ — Представление программиста

* связи между записями

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ — Представление администратора

Существуют 4 основные модели данных – списки (плоские таблицы), реляционные базы данных, иерархические и сетевые структуры.

В течение многих лет преимущественно использовались плоские таблицы (плоские БД) типа списков в Excel . В настоящее время наибольшее распространение при разработке БД получили реляционные модели данных. Реляционная модель данных является совокупностью простейших двумерных таблиц – отношений (англ. relation ), т.е. простейшая двумерная таблица определяется как отношение (множество однотипных записей объединенных одной темой).

Систе́ма управле́ния ба́зами да́нных (СУБД) — специализированная программа (чаще комплекс программ), предназначенная для организации и ведения базы данных. Для создания и управления информационной системой СУБД необходима в той же степени, как для разработки программы на алгоритмическом языке необходим транслятор.

Основные функции СУБД :

- управление данными во внешней памяти (на дисках);

- управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша;

- журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев;

- поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Обычно современная СУБД содержит следующие компоненты:

- ядро, которое отвечает за управление данными во внешней и оперативной памяти и журнализацию,

- процессор языка базы данных, обеспечивающий оптимизацию запросов на извлечение и изменение данных и создание, как правило, машинно-независимого исполняемого внутреннего кода,

- подсистему поддержки времени исполнения, которая интерпретирует программы манипуляции данными, создающие пользовательский интерфейс с СУБД

- сервисные программы (внешние утилиты), обеспечивающие ряд дополнительных возможностей по обслуживанию информационной системы.

Классификация СУБД

По типу управляемой базы данных СУБД разделяются на :

По архитектуре организации хранения данных

- локальные СУБД (все части локальной СУБД размещаются на одном компьютере)

- распределенные СУБД (части СУБД могут размещаться на двух и более компьютерах)

По способу доступа к БД

- Файл-серверные

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.

Примеры: Microsoft Access, Borland Paradox.

- Клиент-серверные

Такие СУБД состоят из клиентской части (которая входит в состав прикладной программы) и сервера (см. Клиент-сервер). Клиент-серверные СУБД, в отличие от файл-серверных, обеспечивают разграничение доступа между пользователями и мало загружают сеть и клиентские машины. Сервер является внешней по отношению к клиенту программой, и по надобности его можно заменить другим. Недостаток клиент-серверных СУБД в самом факте существования сервера (что плохо для локальных программ — в них удобнее встраиваемые СУБД) и больших вычислительных ресурсах, потребляемых сервером.

Примеры: Firebird, Interbase, IBM DB2, MS SQL Server, Sybase, Oracle, PostgreSQL, MySQL, ЛИНТЕР.

- Встраиваемые

Встраиваемая СУБД — библиотека, которая позволяет унифицированным образом хранить большие объёмы данных на локальной машине. Доступ к данным может происходить через SQL либо через особые функции СУБД. Встраиваемые СУБД быстрее обычных клиент-серверных и не требуют установки сервера, поэтому востребованы в локальном ПО, которое имеет дело с большими объёмами данных (например, геоинформационные системы).

Примеры: OpenEdge , SQLite , BerkeleyDB , один из вариантов Firebird , один из вариантов MySQL , Sav Zigzag , Microsoft SQL Server Compact , ЛИНТЕР.

База знаний, БЗ (англ. Knowledge base , KB ) — это особого рода база данных, разработанная для управления знаниями (метаданными), то есть сбором, хранением, поиском и выдачей знаний. Раздел искусственного интеллекта, изучающий базы знаний и методы работы со знаниями, называется инженерией знаний.

Под базами знаний понимает совокупность фактов и правил вывода, допускающих логический вывод и осмысленную обработку информации. В языке Пролог базы знаний описываются в форме конкретных фактов и правил логического вывода над базами данных и процедурами обработки информации, представляющих сведения и знания о людях, предметах, фактах событиях и процессах в логической форме.

Обобщенные сведения В языке Пролог задаются с помощью правил логического вывода, выполняющих роль определения понятий, а также логических процедур, состоящих из наборов правил логического вывода. Достоверность обобщенных сведений зависит от наличия необходимых фактов и достоверности данных в базах знаний.

Наиболее важный параметр БЗ — качество содержащихся знаний. Лучшие БЗ включают самую релевантную, достоверную и свежую информацию, имеют совершенные системы поиска информации и тщательно продуманную структуру и формат знаний.

База данных - это большой массив каких-то данных, которые можно обработать тем или иным образом. Зависит от самих данных, которые могут быть и в виде текстов, и в виде цифр. Простым языком, это библиотека, в которой хранятся книги разной тематики, рассортированные по рубрикам, авторам и т.д. У каждой книги своя ячейка в этой библиотеке.

База знаний - те полученные знания, которые использует каждый человек для обработки и анализа информации. Если же говорить о системе базы знаний (искусственный интеллект), то это такой алгоритм, который может обработать данные, выбрать нужные данные и выдать соответсвующий результат. Если брать пример с вышеописанной библиотекой (базой данных), то базой знаний должен выступить некий оператор, который выберет книги в библиотеке и выберет из этих книг страницы с информацией, по которой был запрос.

Для принятия решений, на самом деле, используются обе базы. База знаний понадобится для того, чтобы создать алгоритм, который сможет обрабатывать базу данных. Но есть одно большое НО. Зависит от самого решения, которое нужно принять. Если это что-то рядовое - посчитать процент какой-то и соотнести с чем-то, другой вопрос, когда это решение касается чьей-то жизни. Таким образом, обработка базы данных при помощи базы знаний выдаёт результат, а уже человек принимает окончательное решение.

Базы данных. Базы знаний.
Практика реализации идей.

Вложение	Размер
lekciya_no5.docx	182.51 КБ
prilozhenie_no7.docx	41.26 КБ
zaklyuchenie.doc	35 КБ
trenazher.ppt	451.5 КБ

Предварительный просмотр:

Базы данных. Базы знаний.
Практика реализации идей.

Под базами данных понимаются технологии ввода, систематизации, хранения и предоставления информации с использованием компьютерной техники. Базы данных могут включать в состав информационного массива раз личную статистическую, текстовую, графическую и иллюстративную информа цию в неограниченном объеме с обязательной ее формализацией (представлением, вводом и выводом в компьютер определенной, характерной для данной системы форме - формате). Для целого ряда традиционно перерабатываемой информации существуют стандартные форматы ее представления, например: библиография, статистические данные, рефераты, обзоры и другие. Систематизация и поиск ин формации в базе данных осуществляются тремя основными способами.

Иерархическая база данных в качестве классификационной основы ис пользует каталоги и рубрикаторы, т.е. информационно-поисковые языки иерархического типа.

В реляционной базе данных каждой единице информации присваиваются определенные атрибуты (автор, ключевые слова, регион, класс информации и т.п.) и ее поиск производится по какому-либо из них или по их комбинации.

Статистические базы данных оперируют с числовой информацией, организованной с помощью двухмерной (реже - трехмерной) матрицы, так, что информация находится в системе путем задания ее координат. Статистическиe базы данных более известны под названием электронные таблицы.

В практике создания баз данных, содержащих тексто - графическую информацию , ее систематизация чаще всего осуществляется гибридно.

Базы данных используются в обучении для оперативного предоставления учителю и учащимся необходимой, не вошедшей в учебники и пособия информации, как непосредственно в дидактическом процессе, так и в режиме свободного выбора информации самим пользователем (сервисный режим).

Базы знаний. Базы знаний представляют собой информационные системы, содержащие замкнутый, не подлежащий дополнению объем информации по данной теме, структурированной таким образом, что каждый ее элемент содержит ссылки и другие логически связанные с ним элементы из их общего набора. Ссылки на элементы, не содержащиеся в данной базе знаний, не допускаются. Такая организация информации в базе знаний позволяет учащемуся изучать ее в той логике, которая ему наиболее предпочтительна в данный момент, т. к. он может по своему желанию легко переструктурировать информацию при знакомстве с ней. Привычным библиографическим аналогом базы знаний являются энциклопедии и словари, где в статьях содержатся ссылки на другие статьи этого же издания. Программные продукты, реализующие базы знаний, относятся к классу HIPERMEDIA сверхсреда), поскольку они позволяют не только осуществлять свободный выбор пользователем логики ознакомления с информацией, но дают возможность сочета ть тексто-графическую информацию со звуком, видео- и кинофрагментами, мультипликацией. Компьютерная техника, способная работать в таком режиме, объединяется интегральным термином MULTIMEDIA (многовариантная среда).

Аппаратные средства multimedia, наряду с базами знаний позволили создать и использовать в учебном процессе компьютерные имитации, микромиры и на их базe дидактические и развивающие игры, вызывающие особый интерес у детей.

Приложение Access позволяет создавать, просматривать и редактировать базы данных. Применительно к физике можно создать базу данных о знаменитых физиках, наличии оборудования и наглядных пособий в кабинете физики. Такая информация позволяет учителю оперативно находить и использовать данные об известных физиках, включать её на уроке и во внеклассной работе.

На рисунке показан фрагмент базы данных о кинофильмах в школьном кабинете физики.

Основные методы работы с Access описаны в приложении 7.

Работа с учебной базой данных УЧЕНИК.

Итак, перед вами довольно простая база данных, которой может пользоваться даже непрофессионал и которая вполне может быть частью автоматизированного рабочего места учителя, классного руководителя, директора или завуча школы.

В этой базе данных содержатся следующие сведения об учениках школы:

• Информация о братьях и сестрах: год рождения имя

(Можно внести и другие: успеваемость по предметам, данные о родителях и т. д.)

1. Выберите пункт меню "Список с сортировкой и поиском по фамилиям" (с помощью клавиш управления курсором установите рамочку на этом пункте меню и нажмите клавишу ).

Перед тем как начать поиск, машина в большинстве случаев выдает запрос, касающийся того, какую информацию вы хотите получить: обо всех классах, данные о которых есть в базе, или только об одном конкретном классе. Исключение составляет лишь поздравление с днем рождения. Здесь поиск всегда ведется по всей базе.

Естественно, такой запрос сразу же появился.

2. Укажите, что вас интересует один класс. Затем наберите на клавиатуре номер этого класса и (перемещая курсор) выберите соответствующую букву. Далее, как говорится, возможны варианты.

Если в базе данных уже имеются сведения об учениках нужного вам класса (бывших или нынешних), то вы сразу же получите долгожданный список.

Правила работы с ним просты:

• Чтобы перейти к нужной записи, используйте клавиши или (перемещение на одну запись), а также
клавиши

("перелистывание" текста на экране вверх и вниз соответственно); для перехода к самой
первой записи нажмите одновременно клавиши и

, а для перехода к самой последней записи — клавиши
и

Чтобы найти запись по первым буквам (или цифрам), надо просто набрать эти символы на клавиатуре. Нужные записи появятся в самом верху экрана.
Чтобы добавить новую запись, надо нажать клавишу (при этом на экране появится ОКНО ВВОДА ИНФОРМАЦИИ, и вам будет предложено, используя это окно, ввести новую информацию).
Чтобы убрать запись из базы данных, надо нажать клавишу (вам будет предложено подтвердить, что запись должна быть удалена).
Чтобы внести изменения в старую запись, надо нажать клавишу .
В любой момент молено воспользоваться палочкой-выручалочкой — клавишей .

Если же в базе данных сведений об учащихся выбранного вами класса нет, сразу же произойдет переход в режим ввода новой записи (как если бы вы нажали клавишу ).

3. При вводе новой информации вам время от времени будет предлагаться помощь в виде уже готового списка видов спорта или увлечений (тут от вас требуется лишь выбрать нужные данные и нажать клавишу ).

В эти списки можно вносить изменения точно так же, как в списки учеников. Единственное отличие — в использовании клавиши . Как вы уже должны были понять из изложенного ранее, с помощью данной клавиши осуществляется перенос, скажем, наименования вида спорта или увлечения в запись, относящуюся к какому-либо конкретному ученику. А что если ошибка была допущена еще при внесении наименования в список? Что же, теперь вся школа будет "Прыгать в длену" или "Увликаться фудболом" ? Конечно, нет.

Однако здесь, чтобы получить возможность внести исправления, надо нажать не одну клавишу , обычно используе мую для изменения данных, а две клавиши одновременно: и .

Добавим, что для "путешествия" по пунктам меню вам потребуется еще клавиша , с помощью которой осуществля ется возврат на шаг назад.

Теперь выполните задания:

При увеличении объемов информации для многоцелевото применения и эффективного удовлетворения информационных потребностей различных пользователей используется интегрированный подход к созданию внутримашинного ИО в виде баз и банков данных. При этом данные рассматриваются как информационные ресурсы для разноаспектного и многократного использования.

База данных (БД) – это специальным образом организованное хранение информационных ресурсов в виде интегрированной совокупности файлов, обеспечивающей удобное взаимодействие между ними и быстрый доступ к данным.

Банк данных (БнД) – это автоматизированная система, представляющая совокупность информационных, программных, технических средств и персонала, обеспечивающих хранение, накопление, обновление, поиск и выдачу данных. Главными составляющими базы данных и банка данных является программный продукт, называемый системой управления базой данных (СУБД).

Использование принципов базы и банка данных предполагает организацию хранения информации в виде базы данных, где все данные собраны в едином интегрированном хранилище и к информации как важнейшему ресурсу обеспечен широкий доступ разнообразных пользователей. Такая организация данных решает целый ряд проблем.

Преимущества работы с БнД для пользователя окупают затраты и издержки на его создание, так как:

•повышается производительность работы пользователей, достигается эффективное удовлетворение их информационных потребностей;

•централизованное управление данными освобождает прикладных программистов от организации данных, обеспечивает независимость прикладных программ от данных;

•развитая организация БД позволяет выполнять разнообразные нерегламентированные запросы, новые приложения;

•снижаются затраты не только на создание и хранение данных, но и на их поддержание в актуальном и динамичном состоянии; уменьшаются потоки данных, циркулирующих в системе, сокращается их избыточность и дублирование.

Как банк данных, так и база данных, могут быть сосредоточены на одном компьютере или распределены между несколькими компьютерами. Для того чтобы данные одного исполнителя были доступны другим и наоборот, эти компьютеры должны быть соединены в единую вычислительную систему с помощью вычислительных сетей.

Банк и база данных, расположенные на одном компьютере, называются локальными, а на нескольких соединенных сетями ПЭВМ называются распределенными. Распределенные банки и базы данных более гибки и адаптивны, менее чувствительны к выходу из строя оборудования.

Назначение локальных баз и банков данных организации боле простого и дешевого способа информационного обслуживания пользователей при работе с небольшими объемами данных и решении несложных задач.

Локальные базы данных эффективны при работе одного или нескольких пользователей, когда имеется возможность согласования их деятельности административным путем. Такие системы просты и надежны за счет своей локальности и организационной независимости.

Автоматизацию работы базы данных обеспечивает СУБД, которая манипулирует с конкретной моделью организации данных на носителе.

При построении логической модели данных выбирается один из трех подходов моделирования: иерархический, сетевой, реляционный,

Иерархическая модель имеет структуру в виде дерева и выражает вертикальные связи подчинения нижнего уровня высшему. Это облегчает доступ к необходимой информации, но только при условии, что все запросы имеют древовидную структуру.

Сетевая модель является более сложной и отличается от иерархической модели наличием горизонтальных связей. Направления этих связей не являются однозначными, что усложняет модель и СУБД.

Реляционная модель представляется в виде совокупности таблиц, над которыми выполняются операции, формулируемые в терминах реляционной алгебры. Достоинством модели является сравнительная простота инструментальных средств ее поддержки, недостатком – жесткость структуры данных и зависимость скорости работы от размера базы данных. К настоящему времени наибольшее распространение получили реляционные модели. В них все компоненты связаны между собой определенными отношениями. Каждый тип модели имеет свои достоинства и недостатки. Одним из основных достоинств реляционной модели является простота понимания ее структуры.

Моделирование базы данных ведется поэтапно, при этом выделяется несколько уровней абстракции, калыму из которых соответствует свой вариант модели. Необходимость выделения нескольких уровней абстракции определяется сложностью процесса отображения предметной области в базе данных. Привязку логической модели к программным и техническим средствам называют физической моделью базы данных. Она и дает конечное материализованное воплощение процессов создания базы данных.

Классификация моделей может производиться еще по целому ряду признаков.

По цели использования модели подразделяются на оптимизационные, связанные с нахождением точек минимума или максимума некоторых показателей, и описательные, описывающие поведение некоторой системы и не предназначенные для целей управления (оптимизации).

По способу оценки модели классифицируются на детерминистские, использующие оценку переменных одним числом при конкретных значениях исходных данных, и стохастические, оценивающие переменные несколькими параметрами, так как исходные данные заданы вероятностными характеристиками.

Детерминистские модели более популярны, чем стохастические, потому что они менее дорогие, их легче строить и использовать. К тому же часто с их помощью получается вполне достаточная информация для принятия решения.

По области возможных приложений модели разбиваются на специализированные, предназначенные для использования только одной системой, и универсальные, предназначенныедля использования несколькими системами.

Специализированные модели более дорогие, они обычно применяются для описания уникальных систем и обладают большей точностью.

В системах поддержки принятия решения база моделей состоит из стратегических, тактических и оперативных моделей, а также математических моделей в виде совокупности модельных блоков, модулей и процедур, используемых как элементы для их построения.

Стратегические модели используются на высших уровнях управления для установления целей организации, объемов ресурсов, необходимых для их достижения, а также политики приобретения и использования этих ресурсов. Они могут быть также полезны при выборе вариантов размещения предприятий, прогнозировании политики конкурентов и т.п. Для стратегических моделей характерны значительная широта охвата, множество переменных, представление данных в сжатой агрегированной форме. Часто эти данные базируются на внешних источниках и могут иметь субъективный характер. Горизонт планирования в стратегических моделях, как правило, измеряется в годах. Эти модели обычно детерминистские, описательные, специализированные для использования на одной определенной фирме.

Тактические модели применяются управляющими среднего уровня для распределения и контроля использования имеющихся ресурсов. Среди возможных сфер их использования следует указать: финансовое планирование, планирование требований к работникам, планирование увеличения продаж, построение схем компоновки предприятий. Эти модели применимы обычно лишь к отдельным частям фирмы (например, к системе производства и сбыта) и могут также включать в себя агрегированные показатели. Временной горизонт, охватываемый тактическими моделями, – от одного месяца до двух лет. Здесь также могут потребоваться данные из внешних источников, но основное внимание при реализации данных моделей должно быть уделено внутренним данным фирмы. Обычно тактические модели реализуются как детерминистские, оптимизационные и универсальные.

Оперативные модели на низших уровнях управления для поддержки принятия оперативных решений с горизонтом, измеряемым днями и неделями. Возможные применения этих моделей включают в себя ведение дебиторских счетов и кредитных расчетов, календарное производственное планирование, управление запасами и т.д. Оперативные модели обычно используют для расчетов внутрифирменные данные. Они, как правило, детерминистские, оптимизационные и универсальные (т.е. могут быть использованы в различных организациях).

Математические моделисостоят из совокупности модельных блоков, модулей и процедур, реализующих математические методы. Сюда могут входить процедуры линейного программирования, статистического анализа временных рядов, регрессионного анализа и т.п. – от простейших процедур до сложных ППП. Модельные блоки, модули и процедуры могут использоваться как поодиночке, так и комплексно для построения и поддержания моделей.

Преимущества работы с БнД для пользователя окупают затраты и издержки на его создание, так как:

Классификация моделей может производиться еще по целому ряду признаков.

Читайте также: