Popis prvků konceptuálních modelů, smysl konceptuálního modelu a příklad modelu Knihovny

Myšlenka konceptuálních modelů vznikla v prostředí tvorby informačních systémů a navrhování datových modelů. Při modelování datových modelů se totiž ukázalo, že dobře navržený model by měl odpovídat struktuře reality a také by měl odrážet vlastnosti a strukturu skutečnosti. Cílem konceptuálních modelů je tedy modelovat určitý „výsek reality“. Výsek reality, který chceme modelovat je přitom analogický k tzv. univerzu diskurzu, kdy také nechceme diskutovat celý svět, ale pouze jeho určitou oblast. Jedním z předchůdců konceptuálních modelů byly tzv. E-R modely. Konceptuální model představuje nejvyšší úroveň abstrakce popisu databáze nebo informačního systému jako celku. Popisuje sémantiku budoucího systému. Je obecně aplikovatelný, a to v jakémkoliv technologickém prostředí. Není ovlivněn budoucími prostředky řešení, určuje pouze to, co je obsahem nikoliv formu. Jeho výsledkem je zachycení popisované části reality. Měli by ho poměrně snadno pochopit i lidé, kteří nejsou blíže seznámeni s technickou stránkou řešené problematiky.

Konceptuální model je modelem konceptuální struktury s tím, že konceptuální strukturou rozumíme soubor entit, atributů těchto entit a vztahů mezi těmito entitami. Konceptuální modely jsou nejobecnějšími modely skutečnosti, protože obecnějším modelem může být pouze model predikátové logiky založený na pojmech universa a predikátů. Konceptuální modely, založené na pojmech entity, atributů a vztahů jsou vhodné pro zachycení specifiky zmíněného výseku reálného světa. V tomto smyslu je třeba chápat teorii konceptuálních modelů jako část aplikované logiky. Obecně je možné každý konceptuální model vyjádřit pomocí predikátové logiky, ale takové vyjádření je nevhodné a nešikovné pro popis specifiky reálného světa. Výsledkem konceptuálního modelu je poté schéma aplikovatelné v libovolném technicko-programovém prostředí. Můžeme si díky němu načrtnout jistá schémata, která pak mohou být aplikována při tvorbě databáze.

Principy konceptuálních modelů

Ukazuje se, že „věci“ ve výseku reality mohou být:

• Podobného druhu
• Různého druhu
• Mohou být nehmotné (např. díla a jejich vyjádření)
• Mohou být živé (např. autoři děl)
• Hmotné neživé (např. knihy)

Entita

Základními prvky konceptuálních modelů jsou tzv. entity. Dle definice autorů knihy "Teoretická východiska informační vědy" je entita neprázdná množina věcí stejného (podobného) druhu, avšak je možné se setkat i s jinými definicemi. S tím, že v rámci této definice přitom předpokládáme, že uvažované věci jsou prvky předem daného universa (výseku reality). Každá entita je tedy podmnožinou univerza a předpokládáme, že různé entity jsou disjunktní (tj. nemají společné prvky). „Entita“ v konceptuálním modelu je modelem entity reálného světa. Jestliže si za výsek reality určíme knihovnu a její základní provoz, potom můžeme rozlišovat entity typu: Čtenář, Dílo, Výtisk, Autor atd.

Atribut

Atributy jsou poté vlastnosti výskytu entity. Pokud by věci neměly určité vlastnosti, nebylo by možné je rozlišit mezi sebou. Ke každé entitě je tedy popsána sada jejích atributů s tím, že pro každou entitu existuje sada „typických“ atributů. Zatímco sada atributů je vlastností entity, hodnoty těchto atributů jsou vlastností výskytu entity. Je nutné, aby entita obsahovala atributy, které ji mohou přesně identifikovat.

Vztahy

Vztah Autorství mezi výskyty entity Autor a Dílo - autor Martin Souček

Další podstatnou částí konceptuálního modelu jsou vztahy (někdy se jim také říká relace). Vztahem se rozumí vztah mezi výskyty jedné entity a výskyty druhé entity. Příkladem typického vztahu je např. vztah Autorství mezi výskyty entity Autor a mezi výskyty entity Dílo. Určitý autor může být autorem několika děl a určité dílo může mít několik autorů. Pro každou entitu existuje sada „typických“ atributů. Zatímco sada atributů je vlastností entity, hodnoty těchto atributů jsou vlastností výskytu entity. Takový vztah pak můžeme označovat jako vztah M:N (mnemotechnicky M = několik autorů - jedno dílo, jeden autor - N děl). Charakteristiku M:N nazýváme kardinalitou (vztah Autorství). Základním typem vztahu je vztah 1:N, jehož typickým příkladem je vztah mezi výskyty entity Dílo a výskyty entity Výtisk. Dané dílo může mít (v naší knihovně) několik výtisků, zatímco každý prvek entity Výtisk je výtiskem jednoho (určitého) díla, tj. prvku entity Dílo. Mnemotechnika notace 1:N znamená, že k 1 (=jednomu) dílu může existovat N (=několik) výtisků, zatímco daný výtisk je výtiskem právě jednoho díla. Vztah s kardinalitou M:N je nejobecnějším typem vztahu, zatímco vztah s kardinalitou 1:N je nejčastějším typem vztahu. Další možná kardinalita je 1:1.

Příklad modelu Knihovny

Pokud si tedy za výsek reality určíme již zmíněnou místní knihovnu můžeme rozlišovat entity Čtenář, Dílo, Výtisk a Autor. Např. entita Čtenář obsahuje všechny čtenáře registrované v naší knihovně. Entita Dílo obsahuje všechna díla, od kterých máme v knihovně alespoň jeden výtisk, entita Výtisk obsahuje všechny knihy (svazky), které v knihovně zpřístupňujeme. Je jasné, že entita Čtenář a entita Výtisk jsou zcela různé. Jedna obsahuje lidi a druhá svazky (knihy). Entita Dílo obsahuje pouze nehmotné věci, a to obsahy děl.

Na příkladu knihovny jsou poté k jednotlivým entitám přidělovány takovéto atributy:

• Autor - jméno, příjmení, pseudonym;
• Dílo - název, podnázev;
• Vydání – číslo vydání;
• Výtisk – přírůstkové číslo, signatura;
• Čtenář – jméno, příjmení, registrační číslo.

Model Knihovny - autor Martin Souček

Například model uvedený na obrázku vpravo nám říká, že:

• Dílo může mít několik autorů
• Autor může být autorem několika děl
• Dílo může mít několik vydání
• Vydání má několik výtisků
• Každá výpůjčka ukazuje na výtisk, který je půjčen
• Každá výpůjčka ukazuje na čtenáře, který si výpůjčku udělal

Kdybychom následně chtěli konceptuální model transformovat na datový model, je při této aplikaci v datovém modelu podstatná reprezentace jednotlivých entit v datovém modelu. Během této aplikace v případě databáze odpovídá entitě tabulka – její jednotlivé sloupce reprezentují jednotlivé atributy entity a konkrétní výskyt entity je pak reprezentován v řádcích.

Příklad:

• na příkladu modelu knihovny může existovat např. tabulka Čtenář.
• každému výskytu entity je nutné přidělit atribut, který bude mít vždy unikátní hodnotu. Na příkladu databáze Knihovny je například potřeba odlišit jednotlivé čtenáře či autory, jenž se neodlišují jinými atributy (např. jméno, příjmení). Takováto situace se většinou řeší identifikátorem ID.
• identifikátor může tvořit Primární klíč (PK). Tento klíč se nachází v atributovém sloupci, kde každá reprezentace entity nabývá unikátní hodnoty.
• dalším důležitým prvkem v tabulce je Cizí klíč (FK), jenž odkazuje na jinou (nadřazenou) tabulku. Například v případě databáze knihovny to může být tabulka Vydání, jenž v sobě obsahuje primární klíče z tabulky Dílo, které vytvářejí vazbu vydání na konkrétní dílo. Aby byla dodržena integrita databáze, konkrétní hodnota cizího klíče v dané tabulce se musí vyskytovat mezi hodnotami primárního klíče v tabulce nadřazené. Další podmínkou integrity je již zmíněná jedinečnost PK. Pokud je primární klíč použit k identifikaci konkrétního výskytu entity (řádku), musí být unikátní.

Odkazy

Doporučená literatura

• Drobíková, Barbora et al. Teoretická východiska informační vědy: využití konceptuálního modelování v informační vědě. Vydání první. Praha: Univerzita Karlova, nakladatelství Karolinum, 2018. 136 stran. ISBN 978-80-246-3716-7.
• Šimonová, Stanislava a Panuš, Jan. Databázové systémy I: pro kombinovanou formu studia. Vyd. 1. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2007. 106 s. ISBN 978-80-7194-988-6.
• Merunka, Vojtěch. Datové modelování. 1. vyd. Praha: Alfa Publishing, 2006. 177 s. Informatika studium. ISBN 80-86851-54-0.
• Duží, Marie. Konceptuální modelování: datový model HIT. Vyd. 1. V Opavě: Slezská univerzita, 2000. 98 s. Skripta. ISBN 80-7248-062-6.
• Lukasová, Alena. Úvod do databázové technologie: Určeno pro posl. 2. roč. oboru Informatika. 1. vyd. Ostrava: Ostravská univerzita, 1993. 127 s. Učební texty Ostravské univerzity. Přírodovědecká fakulta. ISBN 80-7042-708-6.
• Marček, Milan. Technologie zpracování dat - databázové zpracování: [skripta]. 1. vyd. V Opavě: Slezská univerzita, Filozoficko-přírodovědecká fakulta, 2008. 223 s. ISBN 978-80-7248-480-5.

Související články

• Informační systém
• Konceptuální modely v informační vědě, vybraní zástupci
• Databáze
• SQL
• Transformace konceptuálního modelu na datový model, základní prvky datového modelu, specifikace úlohy primárních a cizích klíčů
• Popis definiční části jazyka SQL,specifikace deklarace primárních a cizích klíčů a příklady na modelu knihovny
• Manipulační část jazyka SQL (DML – insert, update, delete) a příklady na databázi Knihovna
• Příkaz Select, jeho využití v databázi Knihovna

Klíčová slova

databázové systémy, jazyk SQL, konceptuální modely