Математическое и программное обеспечение информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных
|
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ГИБКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 7
1.1 Особенности понятий информационная система и гибкая информационная система. Архитектура информационных систем 7
1.2 Базы данных в построении гибких информационных систем (систем с настраиваемой концептуальной моделью данных) 17
1.3 Концепция гибких автоматизированных информационных систем 20
Глава 2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С НАСТРАИВАЕМОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛЬЮ БАЗЫ ДАННЫХ 23
2.1 Технология создания гибкой информационной системы 23
2.2 Обоснование выбора языка программирования для создания адаптивной информационной системы 35
2.3 Обоснование выбора СУБД для создания «гибкой» информационной системы 39
2.4 Обоснование выбора среды проектирования базы данных 44
2.5 Анализ сред разработки для создания гибкой информационной системы 46
2.6 Обоснование выбора веб-сервер для создания информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных 49
Глава 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С НАСТРАИВАЕМОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛЬЮ ДАННЫХ 51
3.1 Архитектура информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных 51
3.2 Проектирование базы данных для гибкой информационной системы 61
3.3 Алгоритмы функционирования системы 68
3.4 Математическое обеспечение решаемой задачи 74
Глава 4 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ АПРОБАЦИИ 81
4.1 Технологии тестирования информационной системы 81
4.2 Тестирование функций разработанной системы 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 98
Глава 1 РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ГИБКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ 7
1.1 Особенности понятий информационная система и гибкая информационная система. Архитектура информационных систем 7
1.2 Базы данных в построении гибких информационных систем (систем с настраиваемой концептуальной моделью данных) 17
1.3 Концепция гибких автоматизированных информационных систем 20
Глава 2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С НАСТРАИВАЕМОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛЬЮ БАЗЫ ДАННЫХ 23
2.1 Технология создания гибкой информационной системы 23
2.2 Обоснование выбора языка программирования для создания адаптивной информационной системы 35
2.3 Обоснование выбора СУБД для создания «гибкой» информационной системы 39
2.4 Обоснование выбора среды проектирования базы данных 44
2.5 Анализ сред разработки для создания гибкой информационной системы 46
2.6 Обоснование выбора веб-сервер для создания информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных 49
Глава 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С НАСТРАИВАЕМОЙ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛЬЮ ДАННЫХ 51
3.1 Архитектура информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных 51
3.2 Проектирование базы данных для гибкой информационной системы 61
3.3 Алгоритмы функционирования системы 68
3.4 Математическое обеспечение решаемой задачи 74
Глава 4 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ АПРОБАЦИИ 81
4.1 Технологии тестирования информационной системы 81
4.2 Тестирование функций разработанной системы 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 98
Актуальность темы. В настоящее время информационные системы прочно вошли во все сферы человеческой деятельности: бизнес, производство, управление, образование и т. д. Это объясняется все возрастающим объемом и обрабатываемой' информации, и задач управления, с которыми приходится сталкиваться человеку. Эффективность работы сотрудника, а следовательно, и всей организации зависит теперь от эффективности используемых информационных систем.
Поэтому современный подход к управлению опирается на использование информационных технологий, причем их количество тем больше, чем больше предприятие. С ростом сложности решаемых задач происходит рост сложности информационных систем, который отражается в увеличивающейся сложности архитектуры информационных систем. Развиваются подходы к ее реализации, средства и методологии ее описания. В множестве сфер человеческой деятельность применение находят информационные системы, которые способны адаптироваться под предметную область, при этом, адаптация происходит не на этапе разработки модели, а на этапе ее использования, и пользователю предоставляется возможность управлять сущностями и их свойствами. Подобные информационные системы позволяют компаниям эффективнее настраивать бизнес-процессы под свои потребности, а при необходимости вносить в них изменения без внесения изменений в исходный код программного продукта. Одним из способов создания многоцелевых информационных систем является обеспечение гибкости информационной системы путем внедрения возможности внесения изменений в концептуальную модель базы данных. При этом пользователям предоставляются инструменты, которые позволяют изменять конфигурацию концептуальной модели базы данных в соответствии с изменением в предметной области.
Изучением гибкости информационных систем занимались ряд отечественных и зарубежных ученых, среди которых: А. Савидис, Б. Боэм, Д. Гебауер, Д. Зенг, Д. Тернер, Е. Монтейро, К. Паттен, Л. Бродский, Л. Жао, М. Хатлинг, Н. Дункан, О. Хансет, Р. Банкер, Р. Доусинг, С. Мельник, С. Мукержи, Т. Бэрд, Ф. Бернштайн, Ф. Шобер. Системы з настраиваемой концептуальной моделью данных изучали: А. Гаврилов, А. Зуенко, А. Симановский, А. Тенцер, А.С. Клещев, В. А. Орлов, В.Э. Вольфенгаген, Д. Джонсон, Д. Кондраков, Д. Рябко, Е. Павлова, Л. Бродский, Л. Лядова, Л. Рейнгольд, Л. Черняк, М. Стоунбрейкер, М. Шпаков, П. Надкарни, П. Олейник, Р. Игнатович, Р. Морс, С. Завозкин, С. Мельник, Д. С. Целуйко.
Современные программные архитектурные решения позволяют разрабатывать качественные и надежные информационные системы, которые обеспечивают реализацию множества потребностей организаций и предприятий. Одним из популярных архитектурных решений при создании программного обеспечения является шаблон проектирования Модель-Представление-Контроллер (MVC). Данный шаблон позволят создавать большие легко масштабируемые приложения, которые не сложны в поддержке и позволяют быстро расширять свой функционал за счет разработки и подключения дополнительных модулей. Представленная архитектура будет использована для построения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью базы данных.
Объект исследования: информационная система с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Предмет исследования: математическое и программное обеспечение информационных систем с настраиваемой концептуальной модель.
Цель работы: исследование математического и программного обеспечения, используемых при построении информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Задачи работы:
• провести анализ технологий разработки информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью базы данных;
• рассмотреть особенности математического обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• разработать проект информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• провести экспериментальную проверку математического и программного обеспечения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Методология исследования. В процессе исследования применялся научный аппарат информатики, методы проектирования и разработки программного обеспечения, и такие научные методы исследования, как: абстрактно-логический метод; анализ научной и учебной литературы; классификация; метод обобщения; методы проектирования и разработки веб-приложений; моделирование; описательный метод; проектный метод; синтез; системный анализ и подход; сравнительный анализ; тестирование; эмпирический метод; метод концептуального проектирования баз данных.
Научная новизна исследования состоит в исследовании математического и программного обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных и разработке проекта гибкой информационной системы с применением соответственного математического аппарата и программного обеспечения.
Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы в деятельности организаций множества предметных сфер. Теоретические наработки будут полезны при построении аналогичных систем.
Структура работы: работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 107 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 35 рисунков, список литературы из 86 наименований.
Поэтому современный подход к управлению опирается на использование информационных технологий, причем их количество тем больше, чем больше предприятие. С ростом сложности решаемых задач происходит рост сложности информационных систем, который отражается в увеличивающейся сложности архитектуры информационных систем. Развиваются подходы к ее реализации, средства и методологии ее описания. В множестве сфер человеческой деятельность применение находят информационные системы, которые способны адаптироваться под предметную область, при этом, адаптация происходит не на этапе разработки модели, а на этапе ее использования, и пользователю предоставляется возможность управлять сущностями и их свойствами. Подобные информационные системы позволяют компаниям эффективнее настраивать бизнес-процессы под свои потребности, а при необходимости вносить в них изменения без внесения изменений в исходный код программного продукта. Одним из способов создания многоцелевых информационных систем является обеспечение гибкости информационной системы путем внедрения возможности внесения изменений в концептуальную модель базы данных. При этом пользователям предоставляются инструменты, которые позволяют изменять конфигурацию концептуальной модели базы данных в соответствии с изменением в предметной области.
Изучением гибкости информационных систем занимались ряд отечественных и зарубежных ученых, среди которых: А. Савидис, Б. Боэм, Д. Гебауер, Д. Зенг, Д. Тернер, Е. Монтейро, К. Паттен, Л. Бродский, Л. Жао, М. Хатлинг, Н. Дункан, О. Хансет, Р. Банкер, Р. Доусинг, С. Мельник, С. Мукержи, Т. Бэрд, Ф. Бернштайн, Ф. Шобер. Системы з настраиваемой концептуальной моделью данных изучали: А. Гаврилов, А. Зуенко, А. Симановский, А. Тенцер, А.С. Клещев, В. А. Орлов, В.Э. Вольфенгаген, Д. Джонсон, Д. Кондраков, Д. Рябко, Е. Павлова, Л. Бродский, Л. Лядова, Л. Рейнгольд, Л. Черняк, М. Стоунбрейкер, М. Шпаков, П. Надкарни, П. Олейник, Р. Игнатович, Р. Морс, С. Завозкин, С. Мельник, Д. С. Целуйко.
Современные программные архитектурные решения позволяют разрабатывать качественные и надежные информационные системы, которые обеспечивают реализацию множества потребностей организаций и предприятий. Одним из популярных архитектурных решений при создании программного обеспечения является шаблон проектирования Модель-Представление-Контроллер (MVC). Данный шаблон позволят создавать большие легко масштабируемые приложения, которые не сложны в поддержке и позволяют быстро расширять свой функционал за счет разработки и подключения дополнительных модулей. Представленная архитектура будет использована для построения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью базы данных.
Объект исследования: информационная система с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Предмет исследования: математическое и программное обеспечение информационных систем с настраиваемой концептуальной модель.
Цель работы: исследование математического и программного обеспечения, используемых при построении информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Задачи работы:
• провести анализ технологий разработки информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью базы данных;
• рассмотреть особенности математического обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• разработать проект информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• провести экспериментальную проверку математического и программного обеспечения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Методология исследования. В процессе исследования применялся научный аппарат информатики, методы проектирования и разработки программного обеспечения, и такие научные методы исследования, как: абстрактно-логический метод; анализ научной и учебной литературы; классификация; метод обобщения; методы проектирования и разработки веб-приложений; моделирование; описательный метод; проектный метод; синтез; системный анализ и подход; сравнительный анализ; тестирование; эмпирический метод; метод концептуального проектирования баз данных.
Научная новизна исследования состоит в исследовании математического и программного обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных и разработке проекта гибкой информационной системы с применением соответственного математического аппарата и программного обеспечения.
Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы в деятельности организаций множества предметных сфер. Теоретические наработки будут полезны при построении аналогичных систем.
Структура работы: работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 107 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 35 рисунков, список литературы из 86 наименований.
В результате выполнения работы были выполнены все поставленные в работе задачи:
• проведен анализ технологий разработки информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью базы данных;
• рассмотрены особенности математического обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• разработан проект информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• проведена экспериментальную проверку математического и программного обеспечения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных.
На современном этапе развития технологий проектирования и создания информационных систем популярность набирают новые гибки информационные системы, которые построены на базе предметно-независимых моделей данных. Основой таких систем, как и традиционных является база данных, но с внедрением уровня метаданных, которые описывают сущности предметного уровня, которые формируют концептуальных уровень базы данных. Подобные системы посредством возможностей изменения концептуальной модели базы данных могут приобретать разные конфигурации и за счет этого расширять свой функционал и возможности конечного назначения для разных предметных областей.
Для информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных наиболее удобным вариантом является создание в внедрение динамических баз данных, которые обладают физической структурой данных, которая является независимой относительно хранимой информации - структурно независимые базы данных. Динамические базы данных позволяют вносить изменения в пользовательские метаданные, которые содержаться внутри базы данных, в отличии от классического подхода, когда этим данные находятся на системном уровне. Минимальным и достаточным набором элементов, которые могут характеризовать новый объект являются: сущность, атрибут, тип данных, типовые связи. Уровень реализации структурно-независимой базы данных включает указанные элементы, при этом каждому из них соответствует отдельная реляционная таблица, в которую посредством разработанных инструментов вносятся изменения, таким образом управляя структурой данных информационной системы.
Проектируемая система является клиент-серверным приложением, для построения которого необходим серверный язык программирования. Существует множество серверных языков, которые можно использовать для программирования веб-приложений, наиболее подходящим для реализации информационной системы является PHP, который позволяет реализовать высоко функциональные веб-приложения, в том числе и приложения с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Как СУБД для гибкой информационной системы выбрана MySQL. Средой разработки базы данных послужит программа MySQL Workbench, как среда создания исходного кода выбрана программа PHPStorm. Функция веб-сервера для разработки будет реализована с помощью решения - OpenServer. Созданная информационная система с настраиваемой концептуальной моделью данных позволит пользователям удобно подстраивать информационную систему под новые требования предметной области в связи с изменениями бизнес-процессов.
В качестве архитектурного решения для разработки информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных выбран шаблон проектирования Модель-Представление-Контроллер (MVC). Данный шаблон построен на основе сохранения представления данных отдельно от методов, которые взаимодействуют с данными. Подобная схема приложений позволяет реализовать функционал за счет модулей, что определяет возможность быстрого изменения функционала программы.
Для реализации приложения с настраиваемой концептуальной моделью данных в качестве архитектурного основания выбран фреймворк Yii2, который реализует паттерн MVC. Yii2 представляет собой высокопроизводительный компонентный PHP фреймворк, предназначенный для быстрой разработки современных веб приложений. Для организации кода Yii2 использует архитектурный паттерн MVC (Model-View-Controller).
В процессе проектирования базы данных для приложения была разработана модель, представляющую собой, мета уровень, который описывает таблицы, атрибуты и связи баз данных. Созданная модель включает ряд таблиц, которые позволяют описать сущности разных предметных областей. После создания сущностей посредством специально разработанного приложения осуществляется взаимодействие с таблицами в базе данных.
В процессе разработки алгоритмов были созданы следующие: регистрация пользователей, авторизация пользователей, добавление сущностей, добавление атрибутов, добавление связей. Указанные алгоритмы являются основой функционирования программы и обеспечивают ее функционал, который включает: регистрацию и авторизацию, добавление таблиц, добавление атрибутов, добавление связей, генерацию форм для ввода данных, введение данных в созданные таблицы, управление данными в базе данных. При обосновании математического обеспечения для решения задачи определено математическое описание метаданных информационной системы, в перечень которых могут входить такие элементы: модули, задачи, функции, отчеты, фрагменты данных, сущности, атрибуты, схемы, пользователи, группы пользователей. Описание представленных элементов позволяет проводить отображение предметной области в виде настраиваемой концептуальной модели, которая управляется специально разработанным программных обеспечением.
• проведен анализ технологий разработки информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью базы данных;
• рассмотрены особенности математического обеспечения информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• разработан проект информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных;
• проведена экспериментальную проверку математического и программного обеспечения информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных.
На современном этапе развития технологий проектирования и создания информационных систем популярность набирают новые гибки информационные системы, которые построены на базе предметно-независимых моделей данных. Основой таких систем, как и традиционных является база данных, но с внедрением уровня метаданных, которые описывают сущности предметного уровня, которые формируют концептуальных уровень базы данных. Подобные системы посредством возможностей изменения концептуальной модели базы данных могут приобретать разные конфигурации и за счет этого расширять свой функционал и возможности конечного назначения для разных предметных областей.
Для информационных систем с настраиваемой концептуальной моделью данных наиболее удобным вариантом является создание в внедрение динамических баз данных, которые обладают физической структурой данных, которая является независимой относительно хранимой информации - структурно независимые базы данных. Динамические базы данных позволяют вносить изменения в пользовательские метаданные, которые содержаться внутри базы данных, в отличии от классического подхода, когда этим данные находятся на системном уровне. Минимальным и достаточным набором элементов, которые могут характеризовать новый объект являются: сущность, атрибут, тип данных, типовые связи. Уровень реализации структурно-независимой базы данных включает указанные элементы, при этом каждому из них соответствует отдельная реляционная таблица, в которую посредством разработанных инструментов вносятся изменения, таким образом управляя структурой данных информационной системы.
Проектируемая система является клиент-серверным приложением, для построения которого необходим серверный язык программирования. Существует множество серверных языков, которые можно использовать для программирования веб-приложений, наиболее подходящим для реализации информационной системы является PHP, который позволяет реализовать высоко функциональные веб-приложения, в том числе и приложения с настраиваемой концептуальной моделью данных.
Как СУБД для гибкой информационной системы выбрана MySQL. Средой разработки базы данных послужит программа MySQL Workbench, как среда создания исходного кода выбрана программа PHPStorm. Функция веб-сервера для разработки будет реализована с помощью решения - OpenServer. Созданная информационная система с настраиваемой концептуальной моделью данных позволит пользователям удобно подстраивать информационную систему под новые требования предметной области в связи с изменениями бизнес-процессов.
В качестве архитектурного решения для разработки информационной системы с настраиваемой концептуальной моделью данных выбран шаблон проектирования Модель-Представление-Контроллер (MVC). Данный шаблон построен на основе сохранения представления данных отдельно от методов, которые взаимодействуют с данными. Подобная схема приложений позволяет реализовать функционал за счет модулей, что определяет возможность быстрого изменения функционала программы.
Для реализации приложения с настраиваемой концептуальной моделью данных в качестве архитектурного основания выбран фреймворк Yii2, который реализует паттерн MVC. Yii2 представляет собой высокопроизводительный компонентный PHP фреймворк, предназначенный для быстрой разработки современных веб приложений. Для организации кода Yii2 использует архитектурный паттерн MVC (Model-View-Controller).
В процессе проектирования базы данных для приложения была разработана модель, представляющую собой, мета уровень, который описывает таблицы, атрибуты и связи баз данных. Созданная модель включает ряд таблиц, которые позволяют описать сущности разных предметных областей. После создания сущностей посредством специально разработанного приложения осуществляется взаимодействие с таблицами в базе данных.
В процессе разработки алгоритмов были созданы следующие: регистрация пользователей, авторизация пользователей, добавление сущностей, добавление атрибутов, добавление связей. Указанные алгоритмы являются основой функционирования программы и обеспечивают ее функционал, который включает: регистрацию и авторизацию, добавление таблиц, добавление атрибутов, добавление связей, генерацию форм для ввода данных, введение данных в созданные таблицы, управление данными в базе данных. При обосновании математического обеспечения для решения задачи определено математическое описание метаданных информационной системы, в перечень которых могут входить такие элементы: модули, задачи, функции, отчеты, фрагменты данных, сущности, атрибуты, схемы, пользователи, группы пользователей. Описание представленных элементов позволяет проводить отображение предметной области в виде настраиваемой концептуальной модели, которая управляется специально разработанным программных обеспечением.
Подобные работы
- РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАРШРУТАМИ ШКОЛЬНЫХ АВТОБУСОВ
Магистерская диссертация, автомобили и автомобильное хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗА РЕТИНОПАТИИ
Авторефераты (РГБ), математика. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2012