Synapsově-orientovaný (SO)
přístup, vztahově orientované
úložiště (CODS)
PA116 - 10
(c) Zdenko Staníček, Michal Oškera, srpen 2006
PA116 - lekce 10 2
Obsah
ˇ Opakování ­ principy a motivace
ˇ Vztahově orientovaný přístup
ˇ Teoretická východiska
ˇ TI a NP hierarchie typů
ˇ Dvojid, synapse, bambus a bambusiště
ˇ Informační schopnost bambusu
ˇ Souvislost metody DM HIT a CODS
ˇ Srovnání OODS a CODS
ˇ Univerzální CODS
PA116 - lekce 10 3
Fritjof Capra: Tkáň života
ˇ ,,Obrovským šokem vědy dvacátého století bylo
to, že systémům nemůžeme porozumět na
základě jejich analýzy. Vlastnosti částí nejsou
skutečnými vlastnostmi, ale mohou být
pochopeny pouze v kontextu většího celku. . . .
ˇ Systémové myšlení je kontextuální, což je
opakem analytického myšlení.
ˇ Analýza znamená pojímat něco odděleně v
zájmu porozumění.
ˇ Systémové myšlení znamená umístit to něco do
kontextu většího celku (v zájmu porozumění)."
PA116 - lekce 10 4
Základní principy systémového
myšlení (F. Capra)
ˇ 1. posun od částí k celku - tj. akceptování
předpokladu, že chování celku nelze poznat
analýzou vlastností jeho částí
ˇ 2. schopnost zaměřit pozornost na různé úrovně
systému
ˇ 3. poznání, že části neexistují - ve skutečnosti
to, co v prvním bodě nazýváme částí, je pouze
uspořádaní v neoddělitelném předivu vztahů;
proto posun od částí k celku lze pokládat za
posun od objektů ke vztahům
PA116 - lekce 10 5
Pragmatika
ˇ Princip pragmatického vnímání objektů
­ Tytéž objekty našeho zájmu vykazují v různém
čase či pod různými úhly pohledu různé
vlastnosti a různé souvislosti směrem k jiným
objektům
­ Tyto změny vlastností však nejsou objektivní,
ale naopak subjektivní a jsou v souladu se
snižující se či zvyšující se mírou našeho zájmu
o tyto objekty, která je určována pragmatickou
potřebou tyto objekty v různém čase nebo
situacích různě vnímat
PA116 - lekce 10 6
Pragmatika - příklady
ˇ Různé role
­ Objekt typu (#Zaměstnanec) je jinak vnímán
ˇ Personalistou
ˇ Šéfem výroby
ˇ ...
ˇ Různé situace (různý čas)
­ Objekt typu (#Žena/#Muž) je jinak vnímán(a)
ˇ Při prvním setkání
ˇ Před svatbou
ˇ Po ní
PA116 - lekce 10 7
Vztahově orientovaný přístup
ˇ Podstatou vztahově orientovaného přístupu k
ukládání dat je ukládání výskytů vztahů a nikoliv
ukládání předem určených celků v podobě na
začátku fixně daných tabulek
ˇ Princip vztahového vnímání modelů
Při pohledu na model čehokoliv, který je
reprezentovatelný grafem, a přemýšlení o něm,
se zaměřujeme primárně na vztahy (hrany grafu)
mezi jednotlivými částmi modelu (uzly grafu).
PA116 - lekce 10 8
Vztahově orientované vnímání
modelů (1)
ˇ posun od objektů ke vztahům
Zákazník
cd Data Model
zákazník
- ICO: int
- název: varchar
- DIČ: int
cd Data Model
tbl_zakaznik
*PK column ICO: LONG
column DIC: LONG
* column nazev: VARCHAR(50)
+ PK PK_tbl_zakaznik(LONG)
Zákazník
IČO
DIČ
název
IČOZákazník attr
DIČZákazník attr
názevZákazník attr
IČO
Zákazník attr
DIČ
attr
název
attr
posun
PA116 - lekce 10 9
Vztahově orientované vnímání
modelů (2)
...
semantic web
OOM
ER-model
svět modelů
vnímání
vnímání
vztahů
vnímání
objektů
DBMS
svět technologie
posun
PA116 - lekce 10 10
Vztahově orientovaný přístup -
očekávání
ˇ Ukládání dat způsobem zohledňujícím
princip pragmatického vnímání objektů
ˇ Realizace univerzálního datového úložiště
stávajících a budoucích silných
modelovacích nástrojů (např. DMT)
ˇ Základ nového způsobu organizace dat,
který dá vzniknout novým možnostem
dotazování a práce se znalostmi vůbec ­
tento způsob je alternativou nikoli náhradou
PA116 - lekce 10 11
Teoretická východiska
ˇ TIL
­ P. Tichý
­ Rozvětvená hierarchie typů ­ pouze insiprace
ˇ TI a NP hierarchie typů
ˇ HIT
­ M. Duží, P. Materna, F. Krejčí, Z. Staníček
­ Místo na BS je pozornost soustředěna na ATR
­ Binarizační princip (opakování)
PA116 - lekce 10 12
Typ a kategorie z hlediska
CODS
ˇ Typ je speciální případ kategorie
­ Uvážíme-li množinu kategorií K a množinu typů
T, které zavádíme v rámci tvorby libovolného
systému, pak platí: T  K
ˇ Každý objekt je přímo právě jednoho typu /
bydlí přímo právě v jednom typu
­ Říkáme, že objekt je instancí typu
ˇ Nadtyp-podtyp (NP hierarchie)
ˇ Zmiňování/užívání typu
PA116 - lekce 10 13
Sorty HITu a typy v CODS
ˇ Každé entitní sortě E z libovolného modelu
přiřadíme typ TE
, který slouží pro pořádání
její konečné podtřídy, jejíž obsah je
výsledkem našeho aktuálního poznávání a
potřeby
ˇ Podobně každé deskriptivní sortě D
přiřadíme typ TD
ˇ Sorty z metody HIT nejsou totéž co typy v
CODS!
PA116 - lekce 10 14
TI a NP hierarchie typů
ˇ Dva základní druhy vztahů mezi typy,
kterými lze uspořádat typy do dvou
hierarchií
ˇ TI hierarchie
­ Pořadá typy dle vztahu typ-instance
ˇ NP hierarchie
­ Pořádá typy dle vztahu nadtyp-podtyp
PA116 - lekce 10 15
TI hierarchie
ˇ Objekty zájmu, které nejsou typy, jsou pořádány
typy 1. řádu
­ Typy 1. řádu jsou listy v pomyslném stromě
reprezentujícím TI-hierarchii
ˇ Typy řádu N+1 pak pořádají typy řádu N
­ Typy řádu většího než 1 nazýváme typy vyšších
řádů nebo také meta-typy
ˇ TI hierarchie není objektivně dána, nýbrž je
výsledkem procesu modelování a pragmatického
poznávání aktuálního světa!
­ Stejně tak jako NP hierarchie
PA116 - lekce 10 16
TI hierarchie - příklad
ˇ Více příště
Osoba
Typ_Osoby
Zaměstnanec
Typ_řádu_1
NP
TI
Hana
typy řádu 1
typy řádu 2
typy řádu 3
objekty, které nejsou typy
PA116 - lekce 10 17
Princip identifikace
ˇ Mějme model M = (BS, ATR, RUL, OPE), nechť E  BS je
entitní sorta, potom v ATR musí existovat, takový atribut A
typu ((Wrld, Time)  (E  D)), pro který platí, že:
­ je totální funkcí,
­ D je deskriptivní sorta a že
­ atribut A' typu ((Wrld, Time)  (D  E)) je jeho
přípustná singulární rotace
ˇ Potom se A nazývá identifikační atribut entitní
sorty E a D se nazývá identifikací sorty E
­ Identifikátor jakožto prvek identifikace D jednou
přiřazený konkrétnímu objektu sorty E se nesmí
žádnou aktualizací změnit
PA116 - lekce 10 18
Rozšíření principu identifikace
ˇ Pro libovolné dvě sorty E1
a E2
s identifikačními
atributy po řadě A1
a A2
platí
­ Jestliže je D identifikací sorty E1
a zároveň sorty E2
musí být pro libovolné dva prvky e1
 E1
a e2
 E2
zajištěno, že budou identifikovány různými prvky
identifikace D,
­ tj. aplikace funkce, která je konstruována
konstrukcí w t [° [°A1
e1
]wt
[°A2
e2
]wt
],
kde  / (D,D)  Bool testuje prvky sorty D na
neshodu, musí vracet vždy hodnotu true
PA116 - lekce 10 19
Identifikace v CODS
ˇ V CODS identifikujeme právě ty objekty,
které jsou pořádány některým z typů z námi
zvolené TI hierarchie ­ tj. i typy samotné
ˇ Objekty jsou identifikovány pomocí prvků
typu univerzální světové identifikace
(UWID)
ˇ Každá instance typu UWID identifikuje
nejvýše jeden objekt nehledě na to, jakého
je tento objekt typu!
PA116 - lekce 10 20
Identifikace UWIDy
ˇ Požadované vlastnosti uwidů
­ Celosvětová jedinečnost
­ Nemají omezený rozsah
ˇ Důsledky
­ Identifikace bez obav o přetečení počitadla
­ Spolehnutí, že jakékoliv dvě různé elementární
znalosti v rámci jednoho SW systému jsou
identifikovány různými identifikátory
­ Při interakci dvou SW systémů nedojde ke
kolizi identifikátorů
PA116 - lekce 10 21
Pojetí objektu v CODS
ˇ Objekty si lze představit jako izolované
body v mentálním prostoru, které nemají
žádnou vlastnost nutně
ˇ Antiesencialismus ­ P. Materna
­ Logické skoby na vlastnosti, nahá individua
PA116 - lekce 10 22
Dvojid
Dvojid - motivace
ˇ Označení
­ Objekt, který má vlastnost býti typem:
­ Objekt, který nemá vlastnost býti typem:
Zákazníkname
3
4
TITI
TI
PA116 - lekce 10 23
Dvojid - definice
ˇ Nechť tuwid  UWID, iuwid  UWID jsou
uwidy
ˇ Jestliže platí, že objekt identifikovaný
uwidem iuwid je instancí typu
identifikovaného uwidem tuwid, pak
uspořádanou dvojici (tuwid, iuwid)
nazýváme dvojid, anglicky dwoid.
ˇ (První člen dvojice budeme nazývat m-port,
druhý pak port)
PA116 - lekce 10 24
Bambus a synapse (1)
ˇ Pomocí bambusů ukládáme konkrétní
instance binárních souvislostí
ˇ Synapse je výskyt daného typu souvislosti
ˇ Bambusy jsou kontejnery na synapse, ba
co víc ­ jsou to typy na ukládání výskytů
souvislostí!
­ Formální HITovské definice ­ viz DP OSK,
strana 35-42
PA116 - lekce 10 25
TI
TI
TI
TI
TI
TI
TI
TI
TI
TI
TI
Bambus a synapse (2)
3 6
3 5
3 4
2
2
2
2
1
1 7
1 3
1 2
8
9
10
11
12
typ souvislosti příslušný
bambusu
bambus
synapse
...
...
porty (m-port, port)
typ instance
......
PA116 - lekce 10 26
... ...
1 3
object2name
... ...
2 Zákazník
... ...
T I
Bambus a synapse (3)
TI
5
TI
"Firma2"name
TI
4
TI
"Firma1"name
TI
...
def_name
"Zákazník"
name
3
TI
1
2
def_name
TI
TI
...
1 3
3 4
3 5
... ...
... ...
1 2
3 2
... ...
def_name
3 4
3 5
... ...
2 Firma2
... ...
2 Firma1
Instanční
bambus
Tenký
bambus
pojmenování
Tlustý
bambus
pojmenování
PA116 - lekce 10 27
6
Synapse jako objekt
ˇ Synapse jakožto výskyt jistého druhu
souvislosti se může legitimně stát objektem
zájmu
3 4TI
... ...
T I1
3 4
TI
1 5
5
6
uwidy synapsí
ˇ Nuntá podmínka, aby CODS mohlo být
úložištěm pro silný modelovací nástroj!
55
PA116 - lekce 10 28
Typy bambusů
ˇ Instanční bambus
­ Pořádá všechny výskyty vztahu typ-instance
ˇ Tenký/definiční bambus S
­ Pořádá výskyty vztahu mezi dvěma typy T1 a T2
­ Tyto výskyty vyjadřují možnost existence vztahu
dané sémantiky S mezi instancemi typů T1 a T2
ˇ Tlustý bambus S
­ Pořádá existující výskyty vztahu dané sémantiky S
mezi dvěma konkrétními instancemi typů T1 a T2
PA116 - lekce 10 29
Vlastnosti bambusů
ˇ Typ
­ Instanční, tlustý, tenký
ˇ Název
ˇ Druh
­ Deskriptivnost (deskriptivní, nedeskriptivní)
ˇ Sémantika a kardinalita bambusu
­ Vycházejí ze sémantiky a kardinality binárního
HIT-atributu, kterého výskyty bambus pořádá
PA116 - lekce 10 30
def_name
Typ jménaTyp objektu
d
obje2name
TI
TI
Jméno
Typ jménaTyp objektu
Objekt
Informační schopnost bambusu
... ...
1 2
3 2
... ...
def_name
I. III.
... ...
1 3
object2name
... ...
2 Zákazník
I. II. III. IV.
3 4
3 5
... ...
2 Firma2
... ...
2 Firma1
I. III.
I. III.
IV.II.
PA116 - lekce 10 31
Informační schopnost bambusu
ˇ Zajímavé HIT-atributy definovatelné nad
bambusem obje2name
Objekt
Jméno
které nesou
dané
Typ objektu
Jméno
jejichž
alespoň
jedna
instance
nese dané
Objekt
Typ jména
které jsou
pojmenovány
daným
PA116 - lekce 10 32
Vztahově ortientované úložiště
(CODS) aka Bambusiště
ˇ Bambusiště Bforest
je trojice skládající se z
­ Právě jednoho instančního bambusu ( )
­ Blíže neurčeného počtu dvojic tenkých a
tlustých bambusů se specifikovanými
vlastnostmi, zejména definovanou sémantikou
(Bspec
)
­ Množiny tvrzení konzistence (IC)
ˇ Bforest
= ( , Bspec
, IC)
PA116 - lekce 10 33
Vztah metody HIT a CODS
ˇ Výstupem datového modelování dle
metody HIT je datový model
reprezentovaný trojicí (BS, ATR, CC)
ˇ Bambusiště je reprezentováno trojicí
( , Bspec
, IC)
ˇ => Potřeba algoritmu převodu datového
modelu dle metody HIT na bambusiště,
které umožní ukládat data oblasti, kterou
datový model popisuje
PA116 - lekce 10 34
Algoritmus převodu DM dle HIT
na přísušné CODS (1)
ˇ Vstup: datový model M = (BS, ATR, CC)
ˇ Výstup: bambusiště BM
= ( BM
,Bspec
, IC) pro model M
(1) Užitím binarizačního principu vytvoř z množin BS, ATR a
CC množiny BS' = BS U { konkat. typy }, ATR' obsahující
informačně ekvivalentní HIT-atributy složitosti 2 a CC'
obsahující přeformulovaná tvrzení konzistence z CC
(2) Nechť  je prázdný instanční bambus a nechť T je typ,
který pořádá všechny typy odpovídajícím prvkům z BS' a
je identifikován uwidem uwidT
,pak pro každý prvek t  BS'
vygeneruj uwid uwidt
a vlož dvojid (uwidT
, uwidt
) do 
PA116 - lekce 10 35
Algoritmus převodu DM dle HIT
na přísušné CODS (2)
(3) Nechť cATR'
= card(ATR'), k  N, k = 1,
ATR'k
=ATR' a Bk
= , pak je-li cATR'
> 0,
pokračuj krokem (a), jinak krokem (4)
(a) Nechť A  ATR'k
je libovolný HIT-atribut a
nechť je jednoho z následujících typů:
 ((Wrld,Time)  (T1
 T2
)
 ((Wrld,Time)  (T1
 (T2
 Bool))
PA116 - lekce 10 36
Algoritmus převodu DM dle HIT
na přísušné CODS (3)
(b) Na základě sémanitky a kardinality HIT-
atributu A vytvoř řádně specifikované sobě
navzájem odpovídající bambusy, a to bambus
tenký bthin
a bambus tlustý bthick
(c) Vlož synapsi (uwidT1
, uwidT2
) do bambusu bthin
(d) Bk+1
= Bk
U { bthin
, bthick
}, ATR'k+1
= ATR'k
\ { A }
(e) k = k + 1, je-li k  cATR'
, pokračuj krokem (a)
(4) Polož  BM
=  a Bspec
= Bk
, IC = CC'
PA116 - lekce 10 37
Srovnání OODS a CODS (1)
ˇ CODS oproti OODS ukládá data
­ duálně
ˇ CODS: ukládá primárně výskyty souvislostí mezi
objekty a sekundárně objekty samotné ­ ovšem
zase jen pomocí souvislostí
ˇ OODS: ukládá primárně agregované shluky
souvislostí (objekty) a sekundárně potom vztahy
mezi nimi ­ OODS pomocí agregovaných shluků
konzervuje aktuální stav poznání světa a
neumožňuje tuto konzervaci efektivně
,,rekonzervovat"
PA116 - lekce 10 38
Srovnání OODS a CODS (2)
ˇ CODS oproti OODS umožňuje
­ koncentrovaně ukládat hodnoty deskripcí
ˇ CODS: od jedné konkrétní hodnoty deskripce
(časová známka, jméno, číselná hodnota) je možné
lehce přejít ke všem objektům, kterých se tato
hodnota deskripce nějakým způsobem týká ­
souvisí s nimi
ˇ OODS: tytéž hodnoty deskripcí (hodnoty vlastností
objektů) jsou ukládány dislokovaně - příslušně ke
konkrétnímu objektu; je proto např. netriviální zjistit,
co všechno souvisí s daným datumem
PA116 - lekce 10 39
Srovnání OODS a CODS (3)
ˇ CODS oproti OODS umožňuje
­ snadno do sebe uložit svou strukturu
ˇ CODS: bambusy jsou kontejnery (typy) na pořádání
synapsí, které v případě potřeby můžeme jejich
zavedením jakožto instancí příslušného bambusu
do bambusu instančního zmiňovat; obdobně
můžeme zmiňovat i bambusy samotné
ˇ OODS: prakticky není možné
ˇ Nuntá podmínka, aby CODS mohlo být úložištěm
pro silný modelovací nástroj!
PA116 - lekce 10 40
Srovnání OODS a CODS (4)
ˇ CODS oproti OODS dodržuje
­ princip uniformity a nezávislosti datových
struktur
ˇ CODS: bambusy jakožto kontejnery na data jsou
svou strukturou nezávislé na struktuře dat, které
ukládají
ˇ OODS: struktury, ve kterých jsou data uložena
kopírují strukturu samotných dat
ˇ Nuntá podmínka, aby CODS mohlo být úložištěm
pro silný modelovací nástroj!
PA116 - lekce 10 41
Princip uniformity a nezávislosti
datových struktur
ˇ Datové struktury používané pro ukládání
dat oblasti zájmu vymezené logickým
datovým modelem musí být na tomto
logickém modelu svou strukturou nezávislé
ˇ Podoba jednotlivých instancí datových
struktur musí být uniformní
PA116 - lekce 10 42
Univerzální CODS
ˇ CODS jako úložiště silného modelovacího
nástroje
ˇ Dodržení principů
­ Pragmatické vnímání objektů
ˇ Princip univerzálního modelování a princip práce s
neznámým
­ Princip jednoty modelujícího a modelovaného
světa
­ Princip univerzality modelovacího nástroje
PA116 - lekce 10 43
Implementační aspekty CODS
ˇ Implementace univerzálního CODS
­ Projekt eTrium UIR, generace 5
­ Databázový stroj Caché
ˇ Viz http://www.intersystems.com/cache/index.html
­ Datová struktura globál
ˇ Modifikace B*-stromů
­ Viz DP OSK, strana 48-52