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首页素描数据模型:一种范畴论建模新方法
"一种数据模型的范畴论建模方法 (2013年)" 本文提出了一种基于范畴论的数据模型建模方法,旨在解决数据模型复杂语义建模的问题,特别是针对现有范畴论建模方法在理论研究和工程实践中的局限性。这个新的模型被称为“素描数据模型”,它在模型范畴的理论框架下,使用范畴论来形式化描述数据库状态的一致性转换,从而超越了传统的实体关系(ER)模型的能力。 在素描数据模型中,范畴论的运用是关键。范畴论是一种数学理论,它提供了一种抽象和统一的方式来描述各种不同类型的数学结构及其相互之间的关系。在这个模型中,范畴论被用来创建一个与特定数据库建模语言无关的通用表示,使得模型构建更加灵活且适应性强。 为了将传统的ER模型转换为素描数据模型,作者设计了一种转换算法。这个算法确保了在模型转换过程中语义的精确性和完整性,避免了信息的丢失或扭曲。通过实验和对比分析,研究者展示了素描数据模型和转换算法相对于传统方法的优势,这包括更好的可表达性、更精确的语义理解和更高效的建模过程。 此外,文章还指出,这种新的建模方法为数据模型的范畴论研究提供了一个便捷且高效的形式化理论框架,有助于推动相关领域的理论发展和实际应用。文章的作者团队由来自韶关学院和华南理工大学的学者组成,他们的研究领域涵盖了数据库与网络计算、形式化方法和双代数等多个方面。 关键词:数据模型,素描,范畴论,语义,数据库 这篇文章的发表得到了国家自然科学基金和韶关市科技局的资助,表明其研究具有重要的学术价值和实际意义,对于提升数据库建模的理论水平和实践效果有着积极的贡献。
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收稿日期:20130112;修回日期:20130305 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61103038);韶关市科技局资助项目(2011CX/
K20)
作者简介:苗德成(1979),男,黑龙江伊春人,博士,主要研究方向为数据库与网络计算、形式化方法、范畴论(tony10860@126.com);奚建清
(1962),男,江苏无锡人,博导,教授,博士,主要研究方向为数据库与网络计算、软件体系结构;苏锦钿(1980),男,广东潮州人,副教授,博士,主
要研究方向为形式化方法、双代数.
一种数据模型的范畴论建模方法
苗德成
1
,奚建清
2
,苏锦钿
2
(1.韶关学院 数学与信息科学学院,广东 韶关 512005;2.华南理工大学 计算机科学与工程学院,广州 510640)
摘 要:针对数据模型复杂语义建模的应用需求,以及目前数据模型范畴论建模方法理论研究与工程实践方面
存在的不足,建立了一种素描数据模型。该模型在模型范畴的形式化框架内,用与特定数据库建模语言无关的
范畴论对数据库状态的一致性转换进行了形式化描述,扩展了传统 ER模型的表示与处理功能。基于素描对图
形化建模规范的支持,设计了 ER模型向素描数据模型转换的算法,以精确的语义联系保证模型转换的语义完
整性,并通过实验与对比分析了素描数据模型与算法的优势,为数据模型的范畴论建模方法研究提供便利、高效
的形式化理论框架。
关键词:数据模型;素描;范畴论;语义;数据库
中图分类号:TP301 文献标志码:A 文章编号:10013695(2013)09274404
doi
:10.3969/j.issn.10013695.2013.09.046
Categoricalapproachformakingmodelofdatamodel
MIAODecheng
1
,XIJianqing
2
,SUJindian
2
(1.SchoolofMathematics&InformationScience,ShaoguanUniversity,ShaoguanGuangdong512005,China;2.SchoolofComputerScience&
Engineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)
Abstract:Tosatisfytheapplicationdemandsofmodelingforcomplexsemanticsofdatamodel,andtoovercomethedraw
backsoftheexistingmodelingmethodsofdatamodelbasedoncategorytheorybothintheoreticalresearchandengineering
practice
,thispapermadeasketchdatamodel.Themodeldescribedformallytheconsistencytransformationofdatabasestates
bycategorytheoryindependentofparticulardatabasemodelinglanguagesintheframeworkofmodelcategory,whichextended
theexpressiveandprocessfunctionsoftraditionalERmodel.Basedonthesupportofsketchforgraphicalmodelingspecifica
tion
,italsoprovidedanalgorithmoftranslatingERmodeltosketchdatamodel.Besides,itcomparedandanalyzedtheadvan
tagesofsketchdatamodelandthealgorithm throughexperimentssoastoprovideaconvenientandefficientformaltheory
frameworkforcategoricalmethodofdatamodel.
Keywords:datamodel;sketch;categorytheory;semantics;database
!
引言
数据模型是数据库技术发展的主线,是数据库系统的核心
与基础。数据结构、数据操作和完整性约束是数据模型的三个
基本要素。数据结构描述数据库系统静态特征的对象类型,构
成数据库的基本组成成分;数据操作描述数据库系统动态特
性,定义数据库允许执行的操作集合,明确数据操作的确切含
义、操作符号与操作规则;完整性约束是数据模型中数据及其
联系的语义约束和依存规则,限定数据库状态及其变化,保证
数据库中数据的正确、有效、相容。
ER模型是一种重要的关系数据模型,自然且易于理解的
图形化规范使其成为关系数据库系统概念建模的重要工具。
基于关系代数的关系数据库理论与应用经过几十年的发展与
完善已经十分成熟,而利用范畴论与泛代数工具研究数据模型
建模理论是当前的一个研究热点
[1~11]
。范畴论在软件系统形
式化理论、形式语义学与程序设计方法等计算机理论科学领域
有广泛应用,对理解计算机体系结构、软件规范和程序设计间
联系提供一种通用的理论工具、思维方法与研究手段。
当前,广泛应用的数据模型的范畴论建模方法
[1~9,11,12]
侧
重于不同抽象层次间具体数据模型实现技术的研究,缺乏统一
的概念和系统的形式化描述,在数据库状态的一致性转换、模
型转换的语义完整性等方面缺乏坚实的理论基础,导致数据模
型理论研究与工程实践的不完善,难以满足实际需要。语义完
整性是数据模型正确转换的重要标准,形式语义准确描述的贫
乏难以支持模型的正确转换与代码自动生成。模型转换的语
义完整性仍是一个尚未解决的难题,目前还没用成熟的理论支
持与有效的验证工具。
笔者所在课题组和实验室在数据模型理论研究与工程实
践结合方面做了大量的研究工作,应用范畴论方法建立一种基
于素描
[13]
的数据模型 SDM,对数据库状态的一致性转换和模
型转换的语义完整性两个主要课题进行了许多基础性理论研
究工作,并以 SDM为基本数据模型设计并实现了企业级协作
互动平台
Wetoband。在 SDM的形式化理论框架内统一描述
Wetoband的业务逻辑,而 Wetoband用户群体协作行为和业务
第 30卷第 9期
2013年 9月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.30No.9
Sep.2013
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