Модели объектно-ориентированных СУБД для информационно-расчетных задач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Камашев, Мстислав Андреевич

• Камашев, Мстислав Андреевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Камашев, Мстислав Андреевич

Введение

Глава 1. Анализ методов проектирования и разработки программных систем 8 1.1 Введение в методы проектирования и разработки программных систем

1.20сновы алгебраического подхода

1.3. Способы представления моделей

1.4.Функциональные языки программирования 15 1.5 .Модели иерархически организованных структур 17 1.6. Заключение

Глава 2. Алгебраические спецификации иерархических структур

2.1 Первый способ представления иерархических структур

2.2 Второй способ представления иерархических структур

2.3 Третий способ представления иерархических структур

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели объектно-ориентированных СУБД для информационно-расчетных задач»

Большинство современных подходов к разработке программного обеспечения основывается на формализованных средствах, которые обеспечивают строгое и однозначное описание требований к создаваемому программному продукту. Применение формализованных средств является наиболее эффективным в тех случаях, когда их адекватно использую т на всех необходимых этапах разработки, начиная от постановки задачи до этапа непосредственной реализации и внедрения программного продукта. Кроме компактного и однозначного описания разработки программного продукта в этом случае появляется возможность предварительного исследования и принятия обоснованных решений по методам реализации. Применение формализованных средств предусматривает, как правило, построение формальной модели, с помощью которой обеспечивается не только описание соответствующих компонент программного продукта на всех этапах жизненного цикла программного обеспечения, но и проведение предварительных исследований по выбору адекватных методов разработки и реализации.

Представляемая работа предусматривает построение объектно-ориентированной модели программных систем для автоматизации решения так называемых информационно - расчетных задач, к которым относятся задачи компьютерной бухгалтерии, делопроизводства, статистики и т.п. Основная специфика упомянутого класса задач заключается в использовании относительно простых структур данных, адекватно представляемых аппаратом реляционной алгебры. Однако, такое важное понятие, как иерархия данных, определяющее один из основных принципов объектно-ориентированного подхода, представляется в реляционной модели далеко неадекватными способами, что может существенно отразиться на эффективности функционирования соответствующей интегрированной среды разработки программных приложений. Особенностью предлагаемого подхода является расширение реляционной модели за счет включения в нее специализированного формализованного аппарата описания иерархических структур с целью гибкого сочетания простоты реляционной модели со средствами эффективного представления иерархии данных. Основу упомянутого выше формализованного аппарата составляют алгебраические спецификации вместе со средствами функционального языка программирования. С другой стороны включение в модель алгебраических спецификаций обеспечивает не только описание соответствующих компонент программного продукта на всех этапах жизненного цикла программного обеспечения, но и возможность проведения предварительных исследований по выбору адекватных методов разработки и реализации на основе формального доказательства свойств модели. В последующих этапах предусматривается построение на основе этой модели специализированной интегрированной среды разработки, обеспечивающей возможность эффективного создания различных приложений для автоматизации решения информационно — расчетных задач, связанных с иерархической организацией данных и процессов их обработки.

Цель работы

Основной целью диссертационной работы является методология построения специализированной модели, ориентированной на разработку программных приложений для автоматизации решения информационно-расчетных задач, на основе соединения алгебраических спецификаций и средств функционального языка программирования с целью последующей реализации модели в реляционной среде. Такое соединение дает адекватные средства описания алгоритмов с одной стороны, а с другой стороны точность и возможность анализировать и доказывать свойства полученных спецификаций на основе формальных методов. Предлагаемый подход демонстрируется на примере задач учета автотранспорта, входящих в группу информационно-расчетных задач.

Методы исследования

В работе использованы методы реляционной алгебры, математической логики, элементы системного анализа, прикладного программирования, а также современные методологии организации иерархических систем

Модель построена на основе сочетания средств реляционной алгебры с аппаратом алгебраических спецификаций и средств функционального программирования. Язык спецификаций модели обеспечивает формальное описание внутренней структуры классов объектов, включающей описание атрибутов и операций, а также поведения соответствующих процессов

Научная новизна

1. Создание специализированной модели для класса информационно-расчетных задач на основе расширения реляционной модели средствами алгебраических спецификаций и функционального языка программирования

2. Создание интегрированной среды разработки информационно-расчетных задач на основе специализированной модели.

3. Разработка адекватных способов представления и исследования иерархических структур данных в рамках реляционной модели на основе алгебраических спецификаций и функционального языка программирования.

4. Разработка средств, обеспечивающих адекватную реализацию модели в среде систем JAVA, Visual FoxPro и MS SQL .

Практическая ценность результатов

Результаты диссертационной работы могут найти практическое применение в технологии проектирования и создания программных приложений, ориентированных на автоматизацию решения широкого спектра информационно-расчетных задач, таких как, задачи компьютерной бухгалтерии, делопроизводства, статистики и т.п.

На защиту выносятся

1. Специализированная модель для класса информационно-расчетных задач на основе расширения реляционной модели средствами алгебраических спецификаций и функционального языка программирования

2. Интегрированная среда разработки информационно-расчетных задач на основе специализированной модели.

3. Разработанные средства, обеспечивающие адекватную реализацию модели в среде систем JAVA, Visual FoxPro и MS SQL .

4. Демонстрационная модель на примере системы автоматизации учета автомобильного транспорта с целью обоснования работоспособности предлагаемых в диссертации средств и методов

Связанные работы

Существует достаточно много работ по использованию функциональных языков программирования, алгебраических спецификаций, а также по автоматизации проектирования и разработки так называемых информационно-расчетных задач:

- работы по использованию алгебраических спецификаций [12,26,27] ;

- работы по созданию CASE технологий, паттернов проектирования и работы по объектно-ориентированным средствам описания моделей программных систем [6,37,47];

- работы описывающие структуры данных и операций в с использованием средств функционального языка программирования на основе языка LISP[11,14,21,43];

- работы, рассматривающие преимущества функционального программирования [2];

- работы, рассматривающие проблемы объектно-ориентированных моделей для представления иерархических структур[3,22];

Выводы

Функциональные языки обладают рядом полезных свойств, позволяющих ускорить прототип ирование и разработку программ. В частности, функциональные языки существенно облегчают разработку программ методом «сверху вниз», позволяя программисту сосредоточиться на высокоуровневом проектировании системы до того, как он углубится в детали реализации. Сочетание средств функционального программирования с аппаратом алгебраических спецификаций предоставляет возможности математически строго описания соответствующих моделей, что в свою очередь дает возможность исследования свойств разрабатываемых программных приложений. В качестве объекта приложения упомянутых средств в работе рассматриваются иерархические структуры и процессы их обработки в рамках реляционных моделей. Традиционные способы представления иерархических структур в реляционных моделях сводятся к следующим: иерархическая структура в рамках одной таблицы, иерархическая организация которой определяется специальным способом кодирования ключевого атрибута таблицы, и иерархическая структура на основе отношений между двумя и более таблицами.

Проведенный анализ современных работ в этой области показывает недостаточность комплексных методов и средств для оценки параметров и свойств обширного разнообразия сложных иерархических структур, сводящие их воедино. Автором предпринята попытка по преодолению этого рода затруднений путем создания и эффективного использования комплексных методов и средств управления данными в сложных иерархических структурах и регулированию процессов в них.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Камашев, Мстислав Андреевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной задачей в диссертационной работе создана специализированная модель для класса информационно-расчетных задач на основе расширения реляционной модели средствами алгебраических спецификаций и функционального языка программирования. Также создана интегрированная среда разработки информационно-расчетных задач на основе построенной специализированной модели и предложены адекватные способы представления и исследования иерархических структур данных в рамках реляционной модели на основе алгебраических спецификаций и функционального языка программирования.

Основная особенность упомянутой интегрированной среды разработки заключается в том, что она включает в себя наряду с формализованными средствами модели средства реализации модели в программную среду СУБД Visual Foxpro, MS SQL и системы JAVA.

На основе созданной специализированной модели авторам работы разработана демонстрационная модель на примере учета автотранспорта с целью обоснования работоспособности предлагаемых средств и методов.

Ill

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Камашев, Мстислав Андреевич, 2011 год

1. Абельсон X. Структура и интерпретация компьютерных программ / X. Абельсон, Д. Д. Сассман. М.: Добросвет, 2010. - 608с.

2. Астапов Д. Е. О теоретико-возможностном подходе к построению нечеткой реляционной алгебры / Д. Е. Астапов, А. А. Ерсмко //http://fprog.ru/2010/issue: обращения: 16.09.2011).philo

3. П.Душкин Р. В. Справочник по языку Haskell / Р. В. Душкин. М.: ДМК Пресс, 2008. - 544 с.

4. Еникеев А. И. Специализированные объектно-ориентированные модели программных систем / Л. И. Еникеев, Т. Бендума,, М. А. Камашев // Проблемы теоретической кибернетики: материалы XV Между нар. конф;, г. Казань, 2-7 июня 2008 г. Казань, 2008. - С. 36-37.

5. Еникеев А. И. Языки программирования, методы трансляции ш технологии программирования / А. И. Еникеев, Р. М. Хадиев Казань: ЦИТ, 2005. - 96 с.

6. Иордон Э. Объектно-ориентированный анализ и проект ирование5 систем / Э. Йордон, К. Аргила. М.: Лори, 2010. - 264 с.

7. Камашев М. А. О технологии создания специализированных объектно-ориентированных приложений / М. А. Камашев // Исследования по информатике. — Казань, 2007. — Вып. 11. С. 123—128.

8. Камашев М. А. Описание программного обеспечения / М. А. Камашев //Техника и технология. — 2011 .-№ 4. С. 17-38.

9. Системы управления и информационные технологии. 2010. - № 4 (42). - С. 73-78.

10. Канторович JT. В. Перспективы крупноблочного подхода в прикладной математике, программировании и вычислительной технике / Л. В. Канторович // Записки научных семинаров ЛОМИ. 1974. - Т. 48. -С. 5-11.

11. Кауфман В! Ш. Языки программирования: концепции и принципы / В. Ш. Кауфман. М.: Радио и связь, 1993. - 430 с.

12. Ковалев С. П. Алгебраический подход к проектированию распределенных вычислительных систем / С. П. Ковалев // Сибирский журнал индустриальной математики. 2007. — № 10. - С. 70-84.

13. Когаловский М. Р. Перспективные технологии- информационных систем / М. Р. Когаловский. М.: ДМК Пресс, 2003. - 288 с.

14. Когаловский М. Р. Энциклопедия технологий баз данных / М. Р. Когаловский. — М.: Финансы и статистика, 2002. 800 с.

15. Кузнецов С. Д. Базы данных. Языки и модели / С. Д. Кузнецов. М.: Бином-Пресс, 2008. - 720 с.

16. Кузнецов С. Д. Основы баз данных / С. Д. Кузнецов. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 488 с.

17. Лафоре Р. Структуры данных и алгоритмы Java / Р. Лафоре; пер. с англ. Е. Матвеева. СПб.: Питер, 2010. - 704 с.

18. Левин Н. А. Алгебраический подход к оптимизации обработки информации / Н. А. Левин, В. И. Мунерман // Математические модели и методы информатики, стохастические технологии и системы. М., 2005. — С. 279—294. — (Системы и средства информатики; Спецвып.).

19. Мартин Р. Чистый код. Создание, анализ и рефакторинг / Р. Мартин; пер. с англ. Е. Матвеева. СПб.: Питер, 2010. - 464 с.

20. Машнин Т. Современные JAVA-технологии на практике / Т. Машнин. СПб.: БХВ-Петербург, 2010. - 560 с.

21. Митчелл Дж. Основания языков программирования / Дж. Митчелл; пер. с англ. П. Айткулова, Д. Когетова. — М.: Регулярная и хаотическая динамика, 2010. 720 с.

22. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений / Г. Буч и др.. -М.: Вильяме, 2010. 720 с.

23. Поляков А. О. Представление знаний и объектно-ориентированная СУБД Cache Электронный ресурс. / А. О. Поляков, И. А. Семенов. -URL: www.inftech.webservis.ru/it/ii/ar4.html (дата обращения: 16.09.2011).

24. Полякова JI. Н. Создание иерархической структуры данных в среде MS SQL Server / Л. Н. Полякова // Программные продукты и системы. -2001.-№2.-С. 5-9.

25. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования / Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес. — СПб: Питер, 2007.-366 с.

26. Селко Д. SQL для профессионалов. Программирование / Д. Селко; пер. с англ. И. Афанасьева. М.: Лори, 2009. — 464 с.

27. Фаро С. Рефакторинг SQL-приложений / С. Фаро, П. Лерми; пер. с англ. Ф. Гороховского. СПб.: Символ, 2009. — 336 с.

28. Филд А. Функциональное программирование / А. Филд, П. Харрисон. -М.: Мир, 1993.-640 с.

29. Фоулер Ч. Rails: сб. рецептов / Ч. Фоулер. СПб.: Питер, 2007. - 256 с.

30. Хантер Р. Основные компетенции компиляторов / Р. Хантер. — М.: Вильяме, 2002. 252 с.

31. Хендерсон П. Функциональное программирование: применение и реализация / П. Хендерсон. М.: Мир, 1983. - 349 с.

32. ШилдтГ. Java. Методики программирования Шилдта / Г. Шилд. — М.: Вильяме, 2008.-512 с.

33. Шутенко Ю. Visual FoxPro для профессионалов / Ю. Шутенко. СПб.: БХВ-Петербург, 2009. - 576 с.

34. Эккель Б. Философия Java / Б. Эккель; пер. с англ. Е. Матвеева. СПб.: Питер, 2011.-640 с.

35. Abrial J. R. The B-Book / J. R. Abrial. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1996.-850 p.

36. André P. Méthodes formelles et à objet pour le développement du logiciel: études et propositions. PHD thesis / P. André P. Université de Rennes, 1995.

37. BackR. J. Decentralisation of process nets with centralised control / R. J. Back, R. Kurki-Suonio // 2nd ACM SIGACT-SIGOPS Symp. On Principles of Distributed Computing, Montreal, Canada, 17-19 August 1983.-Canada, 1983.-P. 131-142.

38. Berry G. The Esterel Synchronous Programming Language: Design, Semantics, Implementation / G. Berry, G. Gonthier // Science of Computer Programming. 1992. -№19 (2). - P. 87-152.

39. Bolognesi T. Introduction to the ISO specification language LOTOS / T. Bolognesi, E. Brinksma // Computer Networks and ISDN Systems. -1987.-№ 14(1).-P. 25-59.

40. Booch G. The Unified Modeling Language User Guide / G. Booch, I. Jacobson, J. Rumbaugh. - Addison-Wesley, 1998. - 482 p.

41. Bowen J. Seven more myths of formals methods / J. Bowen, M. Hinchey // IEEE. Software, 1995. - P. 34-41.

42. Chen P. The entity-relationship "model — Toward a unifying view of data / P. Chen // ACM Transactions on Database Systems. 1976. - № 1 (1). - P. 9-36.

43. DeLoach S. A. Theory-Based Representation for Object-Oriented Domain Models / S. A. DeLoach, T. A. Hatrym // IEEE transaction on software engineering. 2000. -V. 26, № 6. - P. 500-517.

44. Florescu D. Rethinking Cost and Performance of Database Systems / D. Florescu, D. Kossmann // SIGMOD Record. 2009. - V. 38, № 1. - P. 43-48.

45. Folsom N. Debugging Visual FoxPro Applications / N. Folsom. Whitefish Bay: Wis Hentzenwerke Publishing, 2002. - 113 p.

46. Formal Semantics for Ward and Mellors's Transformation / C. Petersohn, W. P. de Roever, C. Huizing, J. Peleska // 6th Refinement Workshop, Workshop in Computing. Springer-Verlag, 1994. - P. 14-41.

47. Frappier M. EB3: an entity-based black-box specification method for information systems / M. Frappier, R. St-Denis // Software and Systems Modeling. -2003. -№ 2 (2). P. 134-149.

48. Fraser M. D. Informal and Formal Requirement Specification Languages: Bridging the Gap / M. D. Fraser, K. Kumar, V. Vaishnavi // IEEE Transactions on Software Engineering. 1991. - V. 17 (5). - P. 454-465.

49. Fraser M. D. Strategies for incorporating formal specifications in software development / M. D. Fraser, K. Kumar, V. Vaishnavi // Communications of the ACM. 1994. - V. 37 (10). - P. 74-84.

50. Gurevich Y. Evolving Algebras: An attempt to discover semantics / Y. Gurevich // Current Trends in Theoretical Computer Science. World Scientific, 1993.-P. 266-292.

51. Habrias H. Les spécifications formelles pour les systèmes d'information: Quoi? Pourquoi? Comment? / H. Habrias // Ingénierie des systèmes d'information. 1995. -№ 3 (2). - P. 205-253.

52. Hall A. Seven myths of formais methods / A. Hall // IEEE Software, 1990. -P. 11-20.

53. Harel D. Statecharts: A visual formalism for complex systems / D. Harel // Science of Computer Programming. 1987. - № 8 (3). - P. 231-274.

54. Hoare C. A. R. Communicating Sequential Processes / C. A. R. Hoare. -London: Prentice-Hall, 1985. 260 p.

55. Jones C. B. Systematic Software Development using VDM / C. B. Jones. -2nd edition. London: Prentice-Hall, 1990. - 405 p.

56. LUSTRE, a declarative language for programming synchronous systems / P. Caspi, N. Halbwachs, D. Pilaud, J. Plaice // 14th Symposium on Principles of Programming Languages (POPL 87). Munich, 1987. - P. 178-188.

57. MAD Skills: New Analysis 'Practices for Big Data / J. Cohen at al. // Proceedings of the VLDB'09 Conference, Lyon, France, August 24-28, 2009. Lyon, 2009. - P. 1481-1492.

58. MarcaD. SADT: Structured Analysis and Design Technique / D. Marca, C. McGowan. N. Y: McGraw-Hill, 1988. - 392 p.

59. Milner R. Communication and Concurrency / R. Milner. Prentice-Hall, 1989.-260 p.118. ДО

60. Peterson J. L. Petri Net Theory and the Modeling of Systems / J. L. Peterson. London: Prentice-Hall, 1981.-290 p.

61. Peterson J. L. Petri nets / J. L. Peterson // ACM Computing Surveys. 1977. -№9(3).-P. 223-252.

62. Scientific Data Management in the Coming Decade / J. Gray at al. // SIGMOD Record. 2005. - V. 34, № 4.

63. Smith G. The Object-Z Specification Language / G.Smith. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2000. - 146 p.

64. Sommerville I. Software Engineering / I. Sommerville. 4th ed. -Wokingham, England: Addison Wesley, 1992. - 649 p.

65. Spivey J. M. The Z notation: a Reference Manual / J. M. Spivey. N. Y.: Prentice-hall, 1992. - 158 p.

66. Srinivas Y. M. Algebraic specifications for domains in software development and maintenance / Y. M. Srinivas // Communications of the ACM. 1990. - V. 33. № 6. - P. 658-667.

67. Srinivas Y. V. Algebraic Specification: Syntax, Semantics, Structure: Technical report TR 90-15 / Univ. of California at Irvine. Irvine: Calif. Dept. of Information and Computer Science, 1990. - 129 p.

68. Strategic Directions in Database Systems Breaking Out of the Box / A. Silberschatz et al. //ACM Computing Surveys. - 1996. - V. 28, № 4. -P. 764-778.

69. The Lowell Database Research Self-Assessment // CACM. 2005. - V. 48 (5).-P. 111-118.

70. The Computer Language Электронный ресурс. URL: http://shootout.alioth.debian.org/ (дата обращения: 16.09.2011).

71. Which programming languages are fastest? Электронный ресурс. URL: http://shootout.alioth.debian.org/u64q/which-programming-languages-are-fastest.php#chart (дата обращения: 16.09.2011).

72. Wing J. A specifier's introduction to formal methods / J. Wing // IEEE Computer. 1990. -V. 23, № 9. - P. 8-24.