История

Реляционная модель данных (РМД) относится к теоретико-множест­венным моделям данных. Появление теоретико-множественных моделей в системах баз данных (БД) было предопределено настоятельной потребностью пользователей в переходе от работы с элементами данных, как это делается в теоретико-графовых моделях , к работе с некоторыми макрообъектами.

Простота и наглядность для пользователей-непрограммистов и серьезное теоретическое обоснование эффективности практического применения в прикладных задачах определили большую популярность реляционной модели. Развитие формального аппарата представления и манипулирования данными в рамках реляционной модели привело к тому, что реляционная модель данных стала широко использоваться в системах представления знаний.

Теоретической основной РМД стала теория отношений. Основу теории отношений заложили двое ученых – американец Чарльз Содерс Пирс (1839-1914) и немец Эрнст Шредер (1841-1902). В руководствах по теории отношений было показано, что множество отношений замкнуто относительно некоторых специальных операций, т.е. образует вместе с этими операциями абстрактную алгебру. Американский математик Э.Ф.Кодд заложил принципы РМД. В конце 1968 года он впервые осознал, что математические дисциплины можно использовать, чтобы привнести в область управления базами данных строгие принципы и точность. Именно таких принципов недоставало этой области в то время. Кодд впервые сформулировал понятия и ограничения реляционной модели, определив набор из
семи основных и одной дополнительной операций.

Предложения Кодда для систем баз данных оказались чрезвычайно эффективными и оказали весьма существенное влияние на все аспекты технологии построения баз данных.

Основные понятия и определения

Реляционная модель данных (РМД) – это способ рассмотрения данных, при котором данные воспринимаются пользователем как таблицы и в распоряжении пользователя имеются некоторые операторы, которые генерируют новые таблицы из старых.

Под таблицами здесь понимается структура данных, состоящая из строк и столбцов. В этой структуре каждый столбец содержит данные только одного типа, каждая строка состоит из набора значений составляющих ее столбцов.

Под операторами понимаются операции выборки, группировки, соединения и некоторые другие, результатом которых являются новые таблицы, полученные на основании старых.

Основной структурой данных в РМД является отношение (от англ. relation – отношение). Отсюда возникло название модели, основанной на отношениях: такую модель стали называть реляционной моделью данных.

Введем некоторые определения.

N -арным отношением R называют подмножество декартова произведения множеств .

Исходные множества называют доменами.

где - полное декартово произведение множеств.

Полное декартово произведение множеств – набор всевозможных сочетаний из n элементов, где каждый элемент берется из своего домена.

Например, пусть имеются три домена (три некоторых множества):

Содержит наименования складов торговой фирмы;

Содержит наименования групп товаров;

Содержит наименования товаров, которыми торгует фирма.

Предположим, что содержимое доменов следующее:

= {Склад №1, Склад №2};

= {Стройматериалы, Бытовая химия};

= {Кирпич, Шифер, Мыло, Порошок}.

Тогда полное декартово произведение содержит набор из 16 троек (2x2x4), где первый элемент – один из складов фирмы, второй – название группы товаров, третий – наименование товара:

Таким образом, получаем набор всевозможных сочетаний значений доменов в одном n -арном отношении.

Учитывая, что отношение R только подмножество полного декартова произведения доменов, то в общем случае оно всегда меньше, чем полное декартово произведение множеств. Так отношение R может содержать только 5 строк.

R = {<Склад №1, Стройматериалы, Кирпич>,
<Склад №1, Стройматериалы, Шифер>,
<Склад №2, Стройматериалы, Шифер>,
<Склад №2, Бытовая химия, Мыло>,
<Склад №2, Бытовая химия, Порошок>}.

Отношение имеет простую графическую интерпретацию. Оно может быть представлено в виде таблицы R , столбцы которой соответствуют доменам, входящим в отношение, а строки – наборам из значений, взятых из исходных доменов.

Наборы из n значений называют n -ками.

Представленная таблица (отношение в виде таблицы) обладает рядом свойств:

1. Таблица имеет столбцы, соответствующие доменам.

2. Каждый столбец имеет уникальное имя.

3. В таблице нет двух одинаковых строк.

4. Порядок строк и столбцов в таблице произвольный.

Домен – множество всех допустимых значений какого-либо свойства или признака объекта (рис.1.1). При этом значения признака соответствуют определенному типу данных. Примерами элементарных доменов являются целые числа, дробные числа, строки и т.д. Одному домену может соответствовать несколько атрибутов, а одному атрибуту – несколько доменов. Например, домен «Текстовая строка» определяет множество допустимых значений для таких атрибутов как «Наименование склада», «Наименование товара», «Единица измерения» и пр. В то же время атрибут «Наименование склада» может быть определен доменом «Наименование объектов», как текстовой строки размером 50 знаков.

Атрибутом отношения называют признак или свойство объекта, множество значений которого определяется доменом. Если домен входит в отношение, то отношение имеет атрибут, возможными значениями которого могут быть только значения из данного домена. Если отношение представить в виде таблицы, то атрибутами будут являться столбцы.

Кортеж – это конкретный набор значений доменов (n -ка), составляющих строку отношения.

Степень отношения – это количество атрибутов в отношении.

Первичный ключ отношения – это уникальный идентификатор кортежа в пределах отношения. Первичным ключом отношения может быть определенная совокупность атрибутов отношения, образующих уникальный в пределах отношения идентификатор. Первичный ключ может также создаваться искусственно путем добавления нового атрибута к отношению. При этом, значения добавленного атрибута также должны быть уникальны в пределах отношения. В этом случае степень отношения увеличивается на единицу, а такой атрибут называют суррогатным первичным ключом . Примером суррогатного ключа является атрибут «Номер строки» на рис.1.1.

Следует отметить, что в отношении не может быть одинаковых кортежей, это следует из математической модели: отношение – подмножество декартова произведения множеств, а в декартовом произведении множеств все n -ки различны.

Любое отношение является динамической моделью некоторого реального объекта внешнего мира. Для любой динамической модели необходимо знать ее состояние в какой-либо момент времени, необходимо также знать структуру отношения.

Рис.1.1. Пример отношения «Остатки товаров на складах»

Поэтому вводится понятие экземпляра отношения , которое отражает состояние данного объекта в текущий момент времени, и понятие схемы отношения , которое определяет структуру отношения.

Схемой отношения R называют перечень имен атрибутов данного отношения с указанием домена, к которому они относятся:

Если атрибуты принимают значения из одного и того же домена, то они называются q-сравнимыми, где q - множество допустимых операций сравнения, заданных для данного домена. Например, если домен содержит числовые данные, то для него допустимы все операции сравнения, тогда

q = {=, <>, >=, <=, <, >}.

Схемы отношения называют эквивалентными, если они имеют одинаковую степень (число атрибутов) и возможно такое упорядочивание имен атрибутов в схемах, что на одинаковых местах будут находиться сравнимые атрибуты, т.е. атрибуты принимающие значения из одного
домена.

- схема отношения R1

- схема отношения R2 после упорядочивания имен атрибутов.

Тогда,

Фундаментальные свойства отношений

Остановимся теперь на некоторых важных свойствах отношений , которые следуют из приведенных ранее определений.

Быстрая разработка приложений

Модель быстрой разработки приложений (Rapid Application Development) - второй пример применения инкрементной стратегии конструирования (рис. 1.5).

RAD-модель обеспечивает экстремально короткий цикл разработки. RAD - высокоскоростная адаптация линейной последовательной модели, в которой быстрая разработка достигается за счет использования компонентно-ориентированного конструирования. Если требования полностью определены, а проектная область ограничена, RAD-процесс позволяет группе создать полностью функциональную систему за очень короткое время (60-90 дней). RAD-подход ориентирован на разработку информационных систем и выделяет следующие этапы:

q бизнес-моделирование. Моделируется информационный поток между бизнес-функциями. Ищется ответ на следующие вопросы: Какая информация руководит бизнес-процессом? Какая генерируется информация? Кто генерирует ее? Где информация применяется? Кто обрабатывает ее?

q моделирование данных . Информационный поток, определенный на этапе бизнес-моделирования, отображается в набор объектов данных, которые требуются для поддержки бизнеса. Идентифицируются характеристики (свойства, атрибуты) каждого объекта, определяются отношения между объектами;

q моделирование обработки. Определяются преобразования объектов данных, обеспечивающие реализацию бизнес-функций. Создаются описания обработки для добавления, модификации, удаления или нахождения (исправления) объектов данных;

q генерация приложения. Предполагается использование методов, ориентированных на языки программирования 4-го поколения. Вместо создания ПО с помощью языков программирования 3-го поколения, RAD-процесс работает с повторно используемыми программными компонентами или создает повторно используемые компоненты. Для обеспечения конструирования используются утилиты автоматизации;

q тестирование и объединение. Поскольку применяются повторно используемые компоненты, многие программные элементы уже протестированы. Это уменьшает время тестирования (хотя все новые элементы должны быть протестированы).

Рис. 1.5. Модель быстрой разработки приложений

Применение RAD возможно в том случае, когда каждая главная функция может быть завершена за 3 месяца. Каждая главная функция адресуется отдельной группе разработчиков, а затем интегрируется в целую систему.

Применение RAD имеет- и свои недостатки, и ограничения.

1. Для больших проектов в RAD требуются существенные людские ресурсы (необходимо создать достаточное количество групп).

2. RAD применима только для таких приложений, которые могут декомпозироваться на отдельные модули и в которых производительность не является критической величиной.

3. RAD не применима в условиях высоких технических рисков (то есть при использовании новой технологии).

Спиральная модель

Спиральная модель - классический пример применения эволюционной стратегии конструирования.

Рис. 1.6. Спиральная модель: 1 - начальный сбор требований и планирование проекта;

начальных требований; 4 - анализ риска на основе реакции заказчика; 5 - переход

к комплексной системе; 6 - начальный макет системы; 7 - следующий уровень макета;

8 - сконструированная система; 9 - оценивание заказчиком

Как показано на рис. 1.6, модель определяет четыре действия, представляемые четырьмя квадрантами спирали.

1. Планирование - определение целей, вариантов и ограничений.

2. Анализ риска - анализ вариантов и распознавание/выбор риска.

3. Конструирование - разработка продукта следующего уровня.

4. Оценивание - оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учете радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали (продвижением от центра к периферии) строятся все более полные версии ПО.

В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознается и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование (используемое в квадранте конструирования). Для дальнейшего определения проблемных и уточненных требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации (квадрант оценки заказчиком). Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются в виде «продолжать, не продолжать». Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы. В каждом цикле по спирали требуется конструирование (нижний правый квадрант), которое может быть реализовано классическим жизненным циклом или макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали.

Достоинства спиральной модели:

1) наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку программного обеспечения;

2) позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;

3) включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;

4) использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования программного изделия.

Недостатки спиральной модели:

1) новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);

2) повышенные требования к заказчику;

3) трудности контроля и управления временем разработки.

Одним из возможных подходов к разработке ПО в рамках спиральной модели ЖЦ является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки ПО, содержащий 3 элемента:

небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Команда разработчиков должна представлять из себя группу профессионалов, имеющих опыт в анализе, проектировании, генерации кода и тестировании ПО с использованием CASE-средств. Члены коллектива должны также уметь трансформировать в рабочие прототипы предложения конечных пользователей.

Жизненный цикл ПО по методологии RAD состоит из четырех фаз:

фаза анализа и планирования требований;

фаза проектирования;

фаза построения;

фаза внедрения.

На фазе анализа и планирования требований пользователи системы определяют функции, которые она должна выполнять, выделяют наиболее приоритетные из них, требующие проработки в первую очередь, описывают информационные потребности. Определение требований выполняется в основном силами пользователей под руководством специалистов-разработчиков. Ограничивается масштаб проекта, определяются временные рамки для каждой из последующих фаз. Кроме того, определяется сама возможность реализации данного проекта в установленных рамках финансирования, на данных аппаратных средствах и т.п. Результатом данной фазы должны быть список и приоритетность функций будущей ИС, предварительные функциональные и информационные модели ИС.

На фазе проектирования часть пользователей принимает участие в техническом проектировании системы под руководством специалистов-разработчиков. CASE-средства используются для быстрого получения работающих прототипов приложений. Пользователи, непосредственно взаимодействуя с ними, уточняют и дополняют требования к системе, которые не были выявлены на предыдущей фазе. Более подробно рассматриваются процессы системы. Анализируется и, при необходимости, корректируется функциональная модель. Каждый процесс рассматривается детально. При необходимости для каждого элементарного процесса создается частичный прототип: экран, диалог, отчет, устраняющий неясности или неоднозначности. Определяются требования разграничения доступа к данным. На этой же фазе происходит определение набора необходимой документации.

После детального определения состава процессов оценивается количество функциональных элементов разрабатываемой системы и принимается решение о разделении ИС на подсистемы, поддающиеся реализации одной командой разработчиков за приемлемое для RAD-проектов время - порядка 60 - 90 дней. С использованием CASE-средств проект распределяется между различными командами (делится функциональная модель). Результатом данной фазы должны быть:

общая информационная модель системы;

функциональные модели системы в целом и подсистем, реализуемых отдельными командами разработчиков;

точно определенные с помощью CASE-средства интерфейсы между автономно разрабатываемыми подсистемами;

построенные прототипы экранов, отчетов, диалогов.

Все модели и прототипы должны быть получены с применением тех CASE-средств, которые будут использоваться в дальнейшем при построении системы. Данное требование вызвано тем, что в традиционном подходе при передаче информации о проекте с этапа на этап может произойти фактически неконтролируемое искажение данных. Применение единой среды хранения информации о проекте позволяет избежать этой опасности.

В отличие от традиционного подхода, при котором использовались специфические средства прототипирования, не предназначенные для построения реальных приложений, а прототипы выбрасывались после того, как выполняли задачу устранения неясностей в проекте, в подходе RAD каждый прототип развивается в часть будущей системы. Таким образом, на следующую фазу передается более полная и полезная информация.

На фазе построения выполняется непосредственно сама быстрая разработка приложения. На данной фазе разработчики производят итеративное построение реальной системы на основе полученных в предыдущей фазе моделей, а также требований нефункционального характера. Программный код частично формируется при помощи автоматических генераторов, получающих информацию непосредственно из репозитория CASE-средств. Конечные пользователи на этой фазе оценивают получаемые результаты и вносят коррективы, если в процессе разработки система перестает удовлетворять определенным ранее требованиям. Тестирование системы осуществляется непосредственно в процессе разработки.

После окончания работ каждой отдельной команды разработчиков производится постепенная интеграция данной части системы с остальными, формируется полный программный код, выполняется тестирование совместной работы данной части приложения с остальными, а затем тестирование системы в целом. Завершается физическое проектирование системы:

определяется необходимость распределения данных;

производится анализ использования данных;

производится физическое проектирование базы данных;

определяются требования к аппаратным ресурсам;

определяются способы увеличения производительности;

завершается разработка документации проекта.

Результатом фазы является готовая система, удовлетворяющая всем согласованным требованиям.

На фазе внедрения производится обучение пользователей, организационные изменения и параллельно с внедрением новой системы осуществляется работа с существующей системой (до полного внедрения новой). Так как фаза построения достаточно непродолжительна, планирование и подготовка к внедрению должны начинаться заранее, как правило, на этапе проектирования системы. Приведенная схема разработки ИС не является абсолютной. Возможны различные варианты, зависящие, например, от начальных условий, в которых ведется разработка: разрабатывается совершенно новая система; уже было проведено обследование предприятия и существует модель его деятельности; на предприятии уже существует некоторая ИС, которая может быть использована в качестве начального прототипа или должна быть интегрирована с разрабатываемой.

Следует, однако, отметить, что методология RAD, как и любая другая, не может претендовать на универсальность, она хороша в первую очередь для относительно небольших проектов, разрабатываемых для конкретного заказчика. Если же разрабатывается типовая система, которая не является законченным продуктом, а представляет собой комплекс типовых компонент, централизованно сопровождаемых, адаптируемых к программно-техническим платформам, СУБД, средствам телекоммуникации, организационно-экономическим особенностям объектов внедрения и интегрируемых с существующими разработками, на первый план выступают такие показатели проекта, как управляемость и качество, которые могут войти в противоречие с простотой и скоростью разработки. Для таких проектов необходимы высокий уровень планирования и жесткая дисциплина проектирования, строгое следование заранее разработанным протоколам и интерфейсам, что снижает скорость разработки.

Методология RAD неприменима для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления космическими кораблями, т.е. программ, требующих написания большого объема (сотни тысяч строк) уникального кода.

Не подходят для разработки по методологии RAD приложения, в которых отсутствует ярко выраженная интерфейсная часть, наглядно определяющая логику работы системы (например, приложения реального времени) и приложения, от которых зависит безопасность людей (например, управление самолетом или атомной электростанцией), так как итеративный подход предполагает, что первые несколько версий наверняка не будут полностью работоспособны, что в данном случае исключается.

Оценка размера приложений производится на основе так называемых функциональных элементов (экраны, сообщения, отчеты, файлы и т.п.) Подобная метрика не зависит от языка программирования, на котором ведется разработка. Размер приложения, которое может быть выполнено по методологии RAD, для хорошо отлаженной среды разработки ИС с максимальным повторным использованием программных компонентов, определяется следующим образом:

В качестве итога перечислим основные принципы методологии RAD:

разработка приложений итерациями;

необязательность полного завершения работ на каждом из этапов жизненного цикла;

обязательное вовлечение пользователей в процесс разработки ИС;

необходимое применение CASE-средств, обеспечивающих целостность проекта;

применение средств управления конфигурацией, облегчающих внесение изменений в проект и сопровождение готовой системы;

необходимое использование генераторов кода;

использование прототипирования, позволяющее полнее выяснить и удовлетворить потребности конечного пользователя;

тестирование и развитие проекта, осуществляемые одновременно с разработкой;

ведение разработки немногочисленной хорошо управляемой командой профессионалов;

грамотное руководство разработкой системы, четкое планирование и контроль выполнения работ.

Срочная разработка программного обеспечения - это суровая необходимость современного ИТ-рынка. Положение индустрии таково, что приходится реагировать достаточно эффективно на любые условия, которые меняются часто. Быстро, срочно - эти слова не исчезают из лексикона успешных разработчиков. Приложения должны удовлетворять текущий запрос, предоставляя тот функционал, о котором вчера лишь догадывались, а сегодня он уже необходим именно это и есть и срочная разработка программного обеспечения. Разработка программ сегодня проникла буквально во все сферы жизни и новые требования могут появится с любой стороны. Программное обеспечение сегодня это:

• Современное управление
• Контроль
• Мониторинг

Срочно - не значит некачественно?

Разработка программ - это трудоёмкий процесс, который требователен к уровню и знаниям исполнителя. Традиционно считается, что качество подразумевает долгий цикл. Но так ли это на самом деле? Возможна ли быстро и срочно разработать ПО?

• Чтобы продукт получался быстро - необходима либо слаженная команда профессионалов, либо отдельный исполнитель-универсал. Разумеется, это не подходит ко всем программам.
• Контроль качества - обязательная процедура. Контроль качества и отлов «багов» в таком процессе как создание программного обеспечения не может быть исключён из производственного процесса, даже для ускорения. Это необходимое условие для профессионально сделанной программы.
• Чтобы срочность не вредила итоговому продукту, нужны исполнители, которые давно освоили и создали свой производственный процесс. Скорее всего разработка ПО у таких специалистов пройдёт действительно качественно и быстро.

Заказать срочные услуги разработки сегодня может любой, кому исполнение необходимо быстро, срочно и профессионально. Остаётся открытым вопрос, где найти грамотных специалистов под срочное создание программ?

Поиск исполнителей.

Много специалистов, вольнонаёмных и объединённых в организации оказывают подобные услуги. Заказать у них можно всё что угодно, естественно что цены будут зависеть от уровня специалиста, его востребованности и сложности задачи. Есть три основных пути, которыми пользуется большинство заказчиков.

• Студийная разработка. Студии предполагают хорошее качество исполнения, но за срочность берут очень и очень солидные надбавки. Заказать у них программу можно, если заказчик готов оплатить эти расходы.
• Фрилансеры. Спорный вопрос. Можно сэкономить, а можно получить сорванные сроки и очень посредственное качество.

Специализированные платформы, которые предлагают удобную площадку для размещения заказа и конкуренции вольнонаёмных специалистов. Отличаются от предыдущего варианта быстротой, безопасностью и возможность выбрать наиболее конкурентное предложение. Лучший из сервисов - Юду, который даёт возможность изучить правдивое портфолио каждого специалиста и выбрать наиболее подходящий вариант.