Интеллектуальная система проектирования SQL запросов, ориентированная на пользователей с ограниченными возможностями

452

Аннотация

Рассматриваются проблемы создания инструментальных средств программирования, ориентированных на пользователей с ограниченными возможностями здоровья. Для этой группы пользователей важной характеристикой таких средств является объем вводимой информации. Для частичного решения данной задачи в статье предлагается создать интеллектуальную систему проектирования SQL запросов полного цикла. Систему предполагается базировать на модифицированной модели базы данных, введя в нее дополнительные категории, на базе которых будет создана база знаний (правил) SQL запросов.

Общая информация

Рубрика издания: Технологии разработки программного обеспечения

Тип материала: научная статья

Для цитаты: Балтрушайтис В.В. Интеллектуальная система проектирования SQL запросов, ориентированная на пользователей с ограниченными возможностями // Моделирование и анализ данных. 2013. Том 3. № 1. С. 128–133.

Полный текст

1.    ВВЕДЕНИЕ

В последнее время значительное внимание уделяется созданию инструментальных средств, ориентированных на пользователей с ограниченными возможностями по зрению [1, 2, 3].

Частичное решение этой проблемы в плане создания средств автоматизированного проектирования SQL запросов предложено в работе [2]. Вариант решения этой проблемы предложен в такой системе, как ACCESS [4]. Но графический интерфейс, используемый при этом, непригоден для пользователей с ОВЗ.

Реализация предложенного метода с использованием базы знаний и аппарата логического вывода представлена в работе [3], эффективность такого подхода и позволяет определить пути его дальнейшего развития. В процессе реализации осуществлено автоматизированное проектирование только раздела FROM SQL запроса, но работы с пользователями выявили необходимость автоматизации проектирования структуры результата запроса.

2.    МОДЕЛЬ БАЗЫ ДАННЫХ

В работе [1] предложена модель базы данных реляционного вида, ориентированная на представление не только данных, но и знаний. Принципиальным отличием этой модели от известной модели «сущность - связь» является наличие дополнительных категорий модели: отношения между сущностями (связи), набор связанных сущностей, а также название проекта запроса. В результате введения этих категорий в модель базы данных логического вида ее можно представить в виде четырех видов таблиц:

-       наборов;

-       отношений;

-       сущностей;

-       проектов.

Структуры этих таблиц имеют следующий вид.

Проект

Проект

ИД набора

Полное название проекта

 

 

 

 

Наборы

ИД набора

№ отношения

ИД левой сущности

ИД правой сущности

Структура результата выполнения запроса

 

 

 

 

 

 

Отношения

ИД левой сущности

ИД правой сущности

ИД поля 1 левой сущности

ИД поля 2 левой сущности

Операция реляционной алгебры (РА)

ИД поля 1 правой сущности

ИД поля 2 правой сущности

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущности

ИД сущности

ИД поля

ИДП1

ИДП2

ИДП3

ИДП4

    

ПР конец записи

 

 

 

 

 

 

*

 

3.      МОДЕЛЬ БАЗЫ ЗНАНИЙ

В таблицах «Проект», «Наборы», «Отношения» размещена информация с правилами проектирования запросов, а в таблице «Сущность» — идентификаторы всех полей, им принадлежащих и используемых для организации интерфейса.

В модели предложено правила представлять в виде продукции следующего вида [5, 6]:

Правило 1:

Правило 2:

Правило 3:

Текстовое изложение этих правил дает более детальное представление о выполняемых действиях:

Правило 1.

Если существует некоторая сущность S с идентификатором ISl из которой необходимо выбрать записи по условию или без него, а ISp = NULL, то выполнить присоединяемую процедуру SELECT (ISl).

Правило 2.

Если существует некоторый набор отношений с идентификатором IN, в котором определены идентификаытор левой сущностей, то выполнить присоединяемую процедуру JOIN с циклической обработкой всего набора отношений в диапазоне от первого до последнего (NR).

Правило 3.

Если существует некоторый набор сущностей одинаковой структуры с идентификатором IN, в котором идентификатор правой сущности равен ПУСТО, то выполнить присоединенную процедуру UNIX для всех сущностей заданного набора.

4.      АЛГОРИТМ ВЫВОДА РЕШЕНИЙ

Алгоритмы вывода решений базируются на следующих основных положениях.

-   Информационная часть правил размещена в четырех таблицах БД («Проекты», «Наборы», «Отношения», «Сущности»).

-       Операторная часть правил размещена в присоединенных процедурах.

В процессе вывода решений необходимо:

-   по заданному идентификатору проектируемого документа найти набор отношений обработки, выполнение которого приведет к решению;

-   по заданному идентификатору документа определить тип и структуру проектируемого запроса и выполнить проектирование структуры документа (состав полей);

-   по заданным идентификаторам связываемых сущностей найти условия соединения сущностей и осуществить проектирование раздела FROM со всеми его структурными компонентами (идентификаторами сущностей, операциями реляционной алгебры и условиями соединения таблиц);

-   выполнить проекты множества запросов SELECT с последующим их объединением с помощью операторов UNION.

В качестве основного механизма вывода используется алгоритм прямого вывода в ширину:

-       по заданному ключу связи между сущностями условия их соединения;

-   по заданному составному ключу набора отношений и идентификатора сущности, а также полей, выбираемых из этой сущности в результат.

Найденное решение во всех случаях является окончательным и единственным. Количество проходов выполняется в цикле проектирования запроса, равно количеству соединяемых или объединяемых таблиц, уменьшенному на единицу.

5.    ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАПРОСА

Все сказанное проиллюстрируем примером логической базы данных (БД) (рис. 1).


Рис.1. Фрагмент базы данных системы психологического тестирования ПСИ.

 

На рисунке представлен фрагмент базы данных системы психологического тестирования ПСИ, состоящий из двух структурных компонентов:

1)     базы данных с результатами тестирования;

2)      базы знаний, используемой для обработки результатов тестирования [7].

К первой части относятся таблицы БД:

<TEST_PR>, <SCAL>, <PRAVILA>, <PR_ZAGR>.

Ко второй части таблицы - <PROECT>, <SET>, <RELATION>, <ENTITY>.

Вторая часть представляет собой Мета-данные и содержат факты и правила, необходимые для решения основной задачи системы - обработки результатов тестирования.

В приведенном фрагменте базы данных содержится следующая информация

1.     таблица <TEST_PR>:

-       полное название теста - NAIME,

-       идентификатор теста - IDTEST,

-       программная структура, используемая при обработке этого теста - IDSTR;

2.     таблица <SCAL>:

-       идентификатор программной структуры - IDSTR,

-       идентификатор элемента - IDEL,

-       идентификатор шкалы - IDSC,

-       формат элемента - FORMAT;

3.     таблица <PRAVILA>:

-       идентификатор теста - IDTEST,

-       идентификатор правила - IDPRAV,

-       идентификатор шкалы - IDSC,

-       предикат - PRED1,

-       предикат - PRED2,

-       эталонные значения параметров - ZN1, ZN2,

-       операторы выхода из правил - VIHOD,

 

-       операторы вывода результатов - VIVOD;

4.    таблица <PR_ZAGR>представляет собой загрузочный вариант таблицы <PRAVILA>, в которой произведена замена идентификаторов шкал на идентификаторы программных структур и их элементов.

Проиллюстрируем работу предложенного алгоритма на практическом примере проектирования SQL запросов к базе данных психологического тестирования, приведенной в таблицах ниже.

Проект

Проект

ИД набора

Полное название проекта

Проект набора правил

SET_PR

Проект набора правил обработки результатов тестирования

Наборы

ИД набора

отношений

ИД левой сущности

ИД правой сущности

Структура результата выполнения запроса

SET_PR

1

TEST_PR

SCAL

IDTEST, IDSTR,

 

2

SCAL

PRAVILA

IDSC, IDEL,

 

3

PRAVILA

PR_ZAGR

IDPRAV, PRED, ZN, VIH, VIV

 

Отношения

ИД левой сущности

ИД правой сущности

ИД поля 1 левой сущности

ИД поля 2 левой сущности

Операция реляционной алгебры (РА)

ИД поля 1 правой сущности

Ид поля 2 правой сущности

TEST_PR

SCAL

IDTEST

 

JOIN

IDTEST

 

SCAL

PRAVILA

IDTEST

IDSC

JOIN

IDTEST

IDSC

PRAVILA

PR_ZAGR

IDPRAV

GRUP

JOIN

IDPRAV

GRUP

 

Сущности

ИД сущности

ИД поля

ИДП1

ИДП2

ИДП3

ИДП4

ИДП5

ИДП6

ИДП7

ИДП8

ИДП9

К.з.*

TEST_PR

IDTEST

IDSTR

NAIM

*

 

 

 

 

 

 

SCAL

IDSTR

NEL

IDSC

IDEL

FORMAT

*

 

 

 

 

PRAVILA

IDTEST

IDPRAV

GRUP

SC

PRED

ZN

VIH

VIV

*

 

PR_ZAGR

IDTEST

IDPRAV

GRUP

IDSTR

IDEL

PRED

ZN

VIH

VIV

*

 

* К. з. - конец записи.

Предположим, что перед нами поставлена задача выполнить проект создания таблицы правил обработки результатов тестирования в терминах идентификаторов программного уровня. В исходной таблице <PRAVILA>эти правила представлены в терминах идентификаторов пользовательского уровня. Решение такой задачи может потребоваться, например, после редактирования базы данных.

Для выполнения проекта пользователю системы необходимо выбрать вариант проекта из таблицы <PROECT>и запустить систему. Возможен вариант, когда требуется уточнить условия проекта, однако в данной случае это не нужно.

В результате решения получим SQL следующего вида.

SELECT TEST_PR. IDTEST, SCAL, SCAL. ISC, IDEL, PRAVILA. IDPRAV, GRUP, PRED, ZN, PR_ZAGR. VIHOD, VIVOD

FROM TEST. PR LEFT OUTER JOIN SCAL ON TEST_PR. = SCAL. IDTEST AND TEST. PR IDSTR = SCAL. IDSTR

LEFT OUTER JOIN PRAVILA ON IDTEST = PRAVILA. IDTEST

TEST. PR LEFT OUTER JOIN SCAL ON TEST_PR. = SCAL. IDTEST

AND IDSTR = PRAVILA. IDSTR

LEFT OUTER JOIN PR_ZAGR ON IDPRAV = PR_ZAGR. IDPRAV

AND IDSC = PR_ZAGR. IDSC

WHERE

ORDER BY IDTEST, IDPRAV, GRUP;

6.      ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Преимущества предложенного подхода заключаются в следующем:

-   выполняется автоматизированное проектирование не только раздела FROM, но и раздела структуры результата;

-   повышается качество проекта за счет системного представления структуры базы данных;

-   снижается трудоемкое программирование SQL запросов, что особенно важно для пользователей с нарушениями зрения.

Литература

  1. Балтрушайтис В.В. Модель базы данных, ориентированная на использование в практи- ческих задачах психодиагностики // Моделирование и анализ данных: научный журнал. 2007. № 3. С. 97–100.
  2. Балтрушайтис В.В. Поисковый процессор базы данных семантического вида, ориенти- рованный на пользователей с ограниченными возможностями // Моделирование и анализ данных: научный журнал. 2009. № 4. С. 72–82.
  3. Балтрушайтис В.В. Интеллектуальная инструментальная система проектирования алго- ритмов и программ, ориентированная на пользователей с ограниченными возможностями здоровья // Моделирование и анализ данных: научный журнал. 2011. № 1. С. 153–163.
  4. Михеева В., Харитонова И. Microsoft Access 2003. Наиболее полное руководство. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. 1040 с.
  5. Поспелов Г.С., Поспелов Д.А. Искусственный интеллект ― прикладные системы. М.: Знание, 1985. 48 с.
  6. Поспелов Д.А Моделирование рассуждений. Опыт анализа мыслительных актов / Д.А. Поспелов. М.: Радио и связь, 1989. 184 с.
  7. Стернин М.Ю., Шепелев Г.И. Метод представления знаний в интеллектуальных систе-мах

Информация об авторах

Балтрушайтис Владислав Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры прикладной информатики факультета информационных технологий МГППУ, Москва, Россия, e-mail: vladbaltrushaitis@mail.ru

Метрики

Просмотров

Всего: 1051
В прошлом месяце: 2
В текущем месяце: 3

Скачиваний

Всего: 452
В прошлом месяце: 1
В текущем месяце: 9