Modelo de dados semânticos - Semantic data model

A relação de "modelos de dados semânticos" com "armazenamentos físicos de dados" e "mundo real".

O modelo de dados semânticos (SDM) é uma descrição de banco de dados baseada em semântica de alto nível e formalismo de estruturação (modelo de banco de dados) para bancos de dados. Este modelo de banco de dados foi projetado para capturar mais do significado de um ambiente de aplicativo do que é possível com modelos de banco de dados contemporâneos. Uma especificação SDM descreve um banco de dados em termos dos tipos de entidades que existem no ambiente do aplicativo, as classificações e agrupamentos dessas entidades e as interconexões estruturais entre elas. O SDM fornece uma coleção de primitivas de modelagem de alto nível para capturar a semântica de um ambiente de aplicativo. Ao acomodar as informações derivadas em uma especificação estrutural do banco de dados, o SDM permite que as mesmas informações sejam visualizadas de várias maneiras; isso torna possível acomodar diretamente a variedade de necessidades e requisitos de processamento normalmente presentes em aplicativos de banco de dados. O design do presente SDM é baseado em nossa experiência no uso de uma versão preliminar dele. O SDM foi projetado para aprimorar a eficácia e a usabilidade dos sistemas de banco de dados. Uma descrição de banco de dados SDM pode servir como uma especificação formal e ferramenta de documentação para um banco de dados; pode fornecer uma base para suportar uma variedade de recursos de interface de usuário poderosos, pode servir como um modelo de banco de dados conceitual no processo de design do banco de dados; e pode ser usado como modelo de banco de dados para um novo tipo de sistema de gerenciamento de banco de dados.

Um modelo de dados semânticos em engenharia de software tem vários significados:

1. É um modelo de dados conceituais no qual as informações semânticas são incluídas. Isso significa que o modelo descreve o significado de suas instâncias. Esse modelo de dados semânticos é uma abstração que define como os símbolos armazenados (os dados de instância) se relacionam com o mundo real.
2. É um modelo conceitual de dados que inclui a capacidade de expressar e trocar informações que permitem às partes interpretar o significado (semântica) das instâncias, sem a necessidade de conhecer o metamodelo. Esses modelos semânticos são orientados a fatos (em oposição a orientados a objetos). Os fatos são tipicamente expressos por relações binárias entre elementos de dados , enquanto as relações de ordem superior são expressas como coleções de relações binárias. Normalmente, as relações binárias têm a forma de triplos: Object-RelationType-Object. Por exemplo: a Torre Eiffel <está localizada em> Paris.

Normalmente, os dados de instância dos modelos de dados semânticos incluem explicitamente os tipos de relacionamento entre os vários elementos de dados, como <está localizado em>. Para interpretar o significado dos fatos a partir das instâncias, é necessário que o significado dos tipos de relações (tipos de relação) seja conhecido. Portanto, os modelos de dados semânticos normalmente padronizam esses tipos de relação. Isso significa que o segundo tipo de modelos de dados semânticos permite que as instâncias expressem fatos que incluem seus próprios significados. O segundo tipo de modelos de dados semânticos geralmente visa criar bancos de dados semânticos. A capacidade de incluir significado em bancos de dados semânticos facilita a construção de bancos de dados distribuídos que permitem que os aplicativos interpretem o significado do conteúdo. Isso implica que os bancos de dados semânticos podem ser integrados quando usam os mesmos tipos de relação (padrão). Isso também implica que, em geral, eles têm uma aplicabilidade mais ampla do que bancos de dados relacionais ou orientados a objetos .

Visão geral

A estrutura lógica de dados de um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD), seja hierárquico , em rede ou relacional , não pode satisfazer totalmente os requisitos para uma definição conceitual de dados, pois é limitada em escopo e enviesada para a estratégia de implementação empregada pelo SGBD. Portanto, a necessidade de definir dados a partir de uma visão conceitual levou ao desenvolvimento de técnicas de modelagem semântica de dados. Ou seja, técnicas para definir o significado dos dados dentro do contexto de seus inter-relacionamentos com outros dados, conforme ilustrado na figura. O mundo real, em termos de recursos, ideias, eventos, etc., são definidos simbolicamente em armazenamentos de dados físicos. Um modelo de dados semânticos é uma abstração que define como os símbolos armazenados se relacionam com o mundo real. Portanto, o modelo deve ser uma representação verdadeira do mundo real.

De acordo com Klas e Schrefl (1995), o "objetivo geral dos modelos de dados semânticos é capturar mais significado dos dados integrando conceitos relacionais com conceitos de abstração mais poderosos conhecidos no campo da Inteligência Artificial . A ideia é fornecer primitivas de modelagem de alto nível como parte integrante de um modelo de dados para facilitar a representação de situações do mundo real ".

História

A necessidade de modelos de dados semânticos foi reconhecida pela primeira vez pela Força Aérea dos Estados Unidos em meados da década de 1970 como resultado do Programa de Manufatura com Auxílio por Computador Integrado (ICAM). O objetivo deste programa era aumentar a produtividade da manufatura por meio da aplicação sistemática de tecnologia de computador. O Programa ICAM identificou a necessidade de melhores técnicas de análise e comunicação para as pessoas envolvidas na melhoria da produtividade da manufatura. Como resultado, o Programa ICAM desenvolveu uma série de técnicas conhecidas como Métodos IDEF (Definição ICAM) que incluíam o seguinte:

• IDEF0 usado para produzir um “modelo de função” que é uma representação estruturada das atividades ou processos dentro do ambiente ou sistema.
• IDEF1 costumava produzir um “modelo de informação” que representa a estrutura e semântica da informação dentro do ambiente ou sistema.
  • IDEF1X é uma técnica de modelagem de dados semânticos. É usado para produzir um modelo gráfico de informação que representa a estrutura e semântica da informação dentro de um ambiente ou sistema. A utilização desta norma permite a construção de modelos de dados semânticos que podem servir para apoiar a gestão de dados como recurso, a integração de sistemas de informação e a construção de bases de dados informáticas.
• O IDEF2 costumava produzir um “modelo de dinâmica” que representa as características comportamentais que variam no tempo do ambiente ou sistema.

Durante a década de 1990, a aplicação de técnicas de modelagem semântica resultou nos modelos de dados semânticos do segundo tipo. Um exemplo disso é o modelo de dados semânticos padronizado como ISO 15926 -2 (2002), que é posteriormente desenvolvido na linguagem de modelagem semântica Gellish (2005). A definição da linguagem Gellish está documentada na forma de um modelo de dados semântico. O próprio Gellish é uma linguagem de modelagem semântica, que pode ser usada para criar outros modelos semânticos. Esses modelos semânticos podem ser armazenados em Bancos de Dados Gellish, sendo bancos de dados semânticos.

Formulários

Um modelo de dados semânticos pode ser usado para muitos propósitos. Alguns objetivos principais incluem:

• Planejamento de recursos de dados: um modelo de dados preliminar pode ser usado para fornecer uma visão geral dos dados necessários para administrar uma empresa. O modelo pode então ser analisado para identificar e definir o escopo dos projetos para construir recursos de dados compartilhados.
• Construção de bancos de dados compartilháveis: Um modelo totalmente desenvolvido pode ser usado para definir uma visão independente do aplicativo dos dados, que pode ser validada pelos usuários e então transformada em um projeto de banco de dados físico para qualquer uma das várias tecnologias de DBMS. Além de gerar bancos de dados consistentes e compartilháveis, os custos de desenvolvimento podem ser drasticamente reduzidos por meio da modelagem de dados.
• Avaliação do software do fornecedor: Como um modelo de dados realmente representa a infraestrutura de uma organização, o software do fornecedor pode ser avaliado em relação ao modelo de dados de uma empresa para identificar possíveis inconsistências entre a infraestrutura implícita no software e a maneira como a empresa realmente faz negócios.
• Integração de bancos de dados existentes: Ao definir o conteúdo de bancos de dados existentes com modelos de dados semânticos, uma definição de dados integrados pode ser derivada. Com a tecnologia adequada, o esquema conceitual resultante pode ser usado para controlar o processamento de transações em um ambiente de banco de dados distribuído. O Sistema Integrado de Apoio à Informação da Força Aérea dos Estados Unidos (I2S2) é um desenvolvimento experimental e uma demonstração desse tipo de tecnologia, aplicada a um tipo heterogêneo de ambientes DBMS.

Veja também

• Tecnologia semântica
• Esquema conceitual
• Modelagem de função de objeto
• Modelo de entidade-relacionamento
• Modelo de informação
• Modelo Relacional / Tasmânia
• Abordagem de três esquemas
• QuakeSim
• Matemática computacional

Referências

 Este artigo incorpora  material em domínio público do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia website https://www.nist.gov .

Leitura adicional

• Design de banco de dados - a abordagem de modelagem semântica
• Johan ter Bekke (1992). Modelagem de dados semânticos . Prentice Hall.
• Alfonso F. Cardenas e Dennis McLeod (1990). Fundamentos de pesquisa em sistemas de banco de dados semânticos e orientados a objetos . Prentice Hall.
• Peter Gray, Krishnarao G. Kulkarni e Norman W. Paton (1992). Bancos de dados orientados a objetos: uma abordagem de modelo de dados semânticos . Prentice-Hall International Series in Computer Science.
• Michael Hammer e Dennis McLeod (1978). "O modelo de dados semânticos: um mecanismo de modelagem para aplicativos de banco de dados." In: Proc. ACM SIGMOD Int'l. Conf. sobre gerenciamento de dados . Austin, Texas, 31 de maio - 2 de junho de 1978, pp. 26–36.
• Hammer, Michael e Dennis McLeod. "Descrição do banco de dados com SDM: um modelo de banco de dados semântico." ACM Transactions on Database Systems (TODS) 6.3 (1981): 351-86. Rede.

links externos

• Modelagem de dados semânticos Site de homenagem a Johan ter Bekke.