Анотація до роботи:

Семенова Т.В. Алгебраїчний метод побудови та аналізу структурно-логічних моделей предметних областей інформаційних систем. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна. Харків, 2007.

Дисертація присвячена удосконаленню засобів моделювання предметних областей. Розроблено математичний апарат моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей, що здатен підвищити ефективність розробки програмного забезпечення в цілому за рахунок зменшення кількості помилок на етапі аналізу предметної області й специфікації вимог.

Формальне описання структурно-логічної моделі предметної області дозволило вирішити задачу автоматичної генерації схеми реляційної бази даних, яка буде сховищем даних інформаційної системи, що проектується.

Розроблений апарат моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей дозволяє науково обґрунтовано підходити до створення сучасного програмного забезпечення. Моделі та методи, що запропоновано, можуть бути використані як у задачах первинного аналізу структурно-логічних моделей предметних областей, так і при розробці однотипних інформаційних систем, а також при проектуванні інформаційних систем з неточною термінологічною базою.

Розроблено прототип програмного комплексу підтримки процесу моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей.

У дисертації отримано нові науково обгрунтовані результати в області математичного моделювання та обчислювальних методів, що в сукупності вирішують важливу науково-прикладну задачу - удосконалення засобів математичного моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей інформаційних систем шляхом математичного описання цієї структури в термінах уперше запропонованого алгебраїчного апарата моделювання, призначеного для використання під час аналізу предметної області і специфікації вимог, що дозволяє підвищити ефективність розробки програмних систем.

В процесі виконання роботи отримано наукові і практичні результати, які полягають у наступному.

1. Сформульовано загальні вимоги до методів та засобів математичного моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей. З урахуванням даних вимог проведено аналіз існуючих методів і засобів моделювання предметних областей, який показав, що вони не можуть повною мірою вирішувати задачі, які виникають під час побудови структурно-логічних моделей предметних областей. Це обумовлено тим, що деякі методи не мають формальних засобів аналізу побудованої моделі, а деякі використовують термінологію, яка є складною для експертів предметної області. Проведений аналіз показав, що для найбільш повного аналізу і зменшення кількості помилок побудови, необхідно розробити математичний апарат моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей, призначений для побудови і аналізу структурно-логічних моделей предметних областей на етапі аналізу ї специфікації вимог у процесі розробки програмних систем.

2. Розроблено математичний апарат моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей. Запропоновано нову математичну модель інформаційно-логічної структури (структурно-логічну модель) предметної області інформаційної системи – напівсхему. Напівсхема визначається як трійка множин, які описують множину понять предметної області та їх визначення. Ключовими мета-даними запропонованого апарату є: поняття, роль і варіант визначення. Поняттям структурно-логічної моделі є любий значимий об’єкт предметної області, процес або явище. Кожне поняття визначається через інше поняття, причому одне поняття може мати декілька варіантів визначення. Роль визначає поіменоване означення одного поняття в межах визначення іншого поняття. При такому засобі визначення понять відношення узагальнення є слідством, що не потребує ручної побудови ієрархії понять.

Визначено та досліджено спеціальний клас напівсхем – схеми. Сформульовано та доведено ключове твердження про те, що якщо напівсхема є схемою, то структурно-логічна модель, яка їй відповідає, є коректно визначеною. Було розроблено метод перевірки властивостей схеми для напівсхеми.

Таким чином, було розроблено апарат напівсхем яз засіб і метод формалізації представлення й аналізу структурно-логічних моделей предметних областей.

3. Розроблено та обґрунтовано метод еквівалентного перетворення напівсхем в структуру даних, що базується на реляційній моделі. Розроблене перетворення дозволило використовувати реляційні бази даних як сховище мета-даних напівсхеми і сформулювати алгоритми аналізу напівсхем у термінах реляційної алгебри та реляційного числення.

4. Формалізовано поняття структурного шаблону в межах структурно-логічної моделі предметної області з метою забезпечення можливості повторного використання заздалегідь спроектованих і верифікованих типових моделей. Розроблено алгоритми визначення структурних шаблонів в межах побудованої структурно-логічної моделі. Формалізація структурного шаблону та розробка алгоритму їх визначення дозволяє проводити додатковий аналіз, у ході якого відокремлюються шаблонні конструкції, які можуть бути використані як під час побудови наступних моделей предметних областей, так і являються засобом систематизації та структуризації знань в межах предметної області

Для вирішення задач інтеграції понятійних баз предметних областей та їх порівняння на множині напівсхем було визначено морфізм та набір операцій.

5. Розроблено метод генерації схеми бази даних на основі даних напівсхеми. Розроблена таким чином реляційна база даних може використовуватися як сховище даних інформаційної системи, що проектується. У зв’язку зі складністю цю задачу було вирішено тільки для класу не рекурсивних напівсхем.

6. Проведено аналіз ефективності розробленого методу представлення та аналізу структурно-логічних моделей, який показав, що він дає виграш у часі й працеємкості при використанні його на етапі аналізу й специфікації вимог у процесі розробки інформаційної системи в середньому на 25%. Такий виграш досягається завдяки зменшенню кількості повернень на етап аналізу предметної області й специфікації вимог для усунення неточностей і виправлення помилок, яких припустилися під час розробки структурно-логічної моделі.

7. Розроблено прототип програмного комплексу підтримки процесу моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей за допомогою напівсхем. Прототип програмного комплексу дозволяє виконувати набір функцій, пов’язаних з побудовою та аналізом структурно-логічних моделей, роботою із шаблонними напівсхемами, генерацією схеми реляційної бази даних на основі напівсхеми.

Таким чином, була досягнута мета дослідження, яка полягає в підвищенні ефективності розробки програмних систем за рахунок зменшення кількості помилок на етапі аналізу предметної області і специфікації вимог шляхом використання засобів математичного моделювання інформаційно-логічної структури предметних областей.

Публікації автора:

1. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В. Концептуальное моделирование данных в исследовательских информационных системах средствами реляционных СУБД. // Вестник Херсонского государственного технического университета. - Херсон: ХГТУ, 2002. - Вып. 2(15). - С. 179-183.

2. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В. К проблеме формализации концептуального моделирования информационных систем // Вісник Харківського національного університету. Серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». – Х.:ХНУ, 2003. – № 605. - С. 33-42.

3. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В., Сергеев Л.Е. Формальная модель процесса компонентной разработки семейства программных продуктов. // Збірник наукових праць. Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова. - Київ, 2003. - Вип. 22. - С. 46-52.

4. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В., Федорченко К.А. Представление полусхем предметных областей информационных систем средствами реляционных баз данных // Вісник Харківського національного університету. Серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління». – Х.:ХНУ, 2004. – № 629. - С. 11-24.

5. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В. Формализация модели содержания XML-документа, основанной на DTD. // Вестник Херсонского государственного технического университета. – Херсон: ХНТУ, 2005. - Вып. 2(22). - С. 134-137.

6. Семенова Т.В. Морфизмы полусхем и их приложения. // Вісник Харківського національного університету. Серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління» . – Х.:ХНУ, 2005. – № 703. - С. 198-206.

7. Семенова Т.В. Использование шаблонов полусхем в процессе построения структурно-логической модели предметной области информационной системы. // Вестник НТУ «ХПИ». Сборник научных трудов. Тематический выпуск «Системный анализ, управление и информационные технологии». – Харьков: НТУ «ХПИ», 2006. – №19. – С. 77-86.

8. Житарюк А. Г., Семенова Т. В. Построение схемы реляционной базы данных по нерекурсивной полусхеме. // Вісник Харківського національного університету. Серія «Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління» . – Х.:ХНУ, 2006. – № 733. - С. 124-130.

9. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В. Оптимизационная модель базы данных для хранения и обработки результатов исследования в различных областях знания. // Інформатизація освіти України: стан, проблеми, перспективи: Зб. наук. пр. / Херсонський державний педагогічний університет. – Херсон: Айлант, 2001. – 176 с.

10. Жолткевич Г.Н., Семенова Т.В. Концептуальное моделирование информационных систем. // Тезисы конференции «Modelling & Stability». – Киев, 2005. – С.377.