Tiểu luận môn phương pháp nghiên cứu khoa học ÁP DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG THIẾT KẾ và QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU

Tuy nhiên việc quản lý đã dễ dàng hơn với sự phát triển của máy tính thì cơ sở dữ liệu database được quản lý một cách có hệ thống, các thông tin có cấu trúc được lưu trữ trên các thiết b

ÁP DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG

THIẾT KẾ và QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU

| Nguyễn Ngọc Bích Nga

L N N C

ƠN N N C C

L N N C

ƠN N N C C

ĐỀ

ÁP DỤNG CÁC NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRONG

THIẾT KẾ và QUẢN LÝ CƠ SỞ DỮ LIỆU

GVHD : GS.TSKH.Hoàng Kiếm Người thực hiện : Nguyễn Ngọc Bích Nga

Mã số: : CH1101008 Lớp : Cao học ngành khoa học máy tính K2 đợt 1

TP.HCM – 2013

bài giảng bổ ích của Thầy, cám ơn Thầy đã tận tâm chia sẻ những kinh nghiệm quý báu và truyền đạt những kiến thức nền tảng qua những bài học

từ thực tế một cách sâu sắc cho chúng tôi Qua đó chúng tôi có thêm nhiều kiến thức trong quá trình học và nghiên cứu khoa học, chúng tôi có thể nhìn nhận ra nhiều vấn đề về khoa học và tiếp cận nghiên cứu khoa học nói chung và trong chuyên ngành công nghệ thông tin mà chúng tôi đang theo học một cách có phương pháp, có tư duy

Bên cạnh đó tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô thuộc Phòng Sau đại học - Trường Đại học Quốc Tế Hồng Bàng đã tạo điều kiện giúp đỡ cho các học viên có trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học

liệu bằng nhiều cách khác nhau tuy nhiên việc thao tác với nó vô cùng khó khăn Tuy nhiên việc quản lý đã dễ dàng hơn với sự phát triển của máy tính thì cơ sở dữ liệu (database) được quản lý một cách có hệ thống, các thông tin có cấu trúc được lưu trữ trên các thiết bị lưu trữ thứ cấp (băng từ, đĩa từ…) nhằm thoả mãn yêu cầu khai thác thông tin đồng thời của nhiều người

sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng với nhiều mục đích khác nhau

Vì thế trong quá trình thiết kế và quản lý dữ liệu nhằm tối ưu hóa thiết bị lưu trữ cũng như giảm sự trùng lắp thông tin xuống mức thấp nhất và bảo đảm được tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu cũng như dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác nhau

Để đạt được những yêu cầu đó các nhà khoa học đã và vẫn đang nghiên cứu và đặt ra những vấn đề cần giải quyết như làm thế nào nhằm

đảm bảo ính chủ quyền của dữ liệu, ính bảo mật và quyền khai thác

thông tin của người sử dụng, ranh chấp dữ liệu, Đảm bảo dữ liệu khi

có sự cố,

Nội dung của tiểu luận này chủ yếu là nghiên cứu việc quản lý cơ sở

dữ liệu vì trong quá trình xây dựng và phát triển các hệ quản trị cơ sở dữ liệu các nhà khoa học đã vận dụng các phương pháp, các thủ thuật trong nghiên cứu khoa học để đưa vào các công trình nghiên cứu trong việc quản

lý cơ sở dữ liệu

CSDL: Cơ sở dữ liệu

DBMS: Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu

DDBMSs: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu CSDL Phân tán NSD: Người sử dụng

Hình 2: Ví dụ về một cơ sở dữ liệu phân tán 13 Hình 3: Kiến trúc tham khảo dùng cho CSDL phân tán 16

LỜI NÓI ĐẦU 4

TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

MỤC LỤC 7

PHẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

I KHÁI NIỆM KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1

I.1 Khoa Học 1

I.2 Nghiên cứu khoa học 1

II CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG KHOA HỌC 1

II.2 40 thủ thuật: 2

III CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG TIN HỌC 3

III.1 Theo phương pháp trực tiếp 3

III.2 Theo phương pháp gián tiếp 5

PHẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 9

I GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU 9

I.2 Cơ sở dữ liệu (CSDL) 9

I.3 CSDL Phân tán: 12

I.4 CSDL tích cực (Active database) 17

I.5 CSDL thời gian (Temporal databases) 19

I.6 CSDL không gian và multimedia 20

I.7 Cơ sở dữ liệu suy diễn 23

II KẾT QUẢ 25

II.1 Một số nguyên tắc nghiên được áp dụng trong phát triển cơ sở dữ liệu 25

II.2 Một số phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học áp dụng trong cơ sở dữ liệu 27

KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Khóa 2 đợt 1 1

ẦN 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC ƠN PHÁP NGHIÊN C U

I KHÁI NIỆM KHOA H C VÀ NGHIÊN C U KHOA H C

I.1 Khoa Học

 Khoa học chính là quá trình nghiên cứu nhằm khám phá ra những kiến thức, những học thuyết mới, … về tự nhiên và xã hội Những kiến thức hay học thuyết mới này, tốt hơn, có thể thay thế dần những cái cũ, không còn phù hợp Như vậy, khoa học bao gồm một hệ thống tri thức

về quy luật của vật chất và sự vận động của vật chất, những quy luật của tự nhiên, xã hội, và tư duy Hệ thống tri thức này hình thành trong lịch sử và không ngừng phát triển trên cơ sở thực tiễn xã hội Có 2 hệ

thống tri thức cơ bản đó là: Tri thức kinh nghiệm và Tri thức khoa

học

I.2 Nghiên cứu khoa học

 Nghiên cứu khoa học là một họat động nhằm tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm Dựa trên những số liệu, tài liệu, kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm nghiên cứu khoa học để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội, và để sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn Con người muốn làm nghiên cứu khoa học phải có kiến thức nhất định về lĩnh vực nghiên cứu và cái chính là phải rèn luyện cách làm việc tự lực,

có phương pháp từ lúc ngồi trên ghế nhà trường

II CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG KHOA H C

 Qua quá trình nghiên cứu, phân tích đã tổng hợp một cách cơ bản nhất, bao quát và đầy đủ được 40 thủ thuật nhằm giúp cho việc sáng tạo Hệ thống các nguyên tắc sáng tạo này còn giúp cho chúng ta xây dựng được tác phong, suy nghĩ và làm việc một cách khoa học, sáng tạo góp

Khóa 2 đợt 1 2

phần xây dựng tư duy và hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu khoa học

 Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật, số lượng các thủ thuật

có thể tăng thêm và bản thân từng thủ thuật s được cụ thể hoá hơn nữa cho phù hợp với các chuyên ngành hẹp, tuy nhiên để giải quyết vấn đề theo khoa học về phát minh, sáng chế còn có 5 phương pháp:

9 Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ

10 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ

11 Nguyên tắc dự phòng

12 Nguyên tắc đẳng thế

13 Nguyên tắc đảo ngược

14 Nguyên tắc cầu (tròn) hoá

15 Nguyên tắc linh động

16 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”

Khóa 2 đợt 1 3

17 Nguyên tắc chuyển sang chiều khác

18 Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học

19 Nguyên tắc tác động theo chu kỳ

20 Nguyên tắc liên tục tác động có ích

21 Nguyên tắc “vượt nhanh”

22 Nguyên tắc biến hại thành lợi

23 Nguyên tắc quan hệ phản hồi

24 Nguyên tắc sử dụng trung gian

25 Nguyên tắc tự phục vụ

26 Nguyên tắc sao chép (copy)

27 Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”

28 Thay thế sơ đồ cơ học

34 Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần

35 hay đổi các thông số hoá lý của đối tượng

III CÁC NGUYÊN LÝ SÁNG TẠO TRONG TIN H C

III.1 heo phương pháp trực tiếp

 Phương pháp trực tiếp xác định trực tiếp được lời giải qua một thủ tục

Khóa 2 đợt 1 4

tính toán như công thức, hệ thức, định luật …vv… hoặc qua các bước căn bản để có được lời giải Đối với phương pháp này, việc giải quyết vấn đề trên máy tính chỉ là thao tác lập trình hay là sự chuyển đổi lời giải từ ngôn ngữ bên ngoài sang các ngôn ngữ được sử dụng trong máy tính Tìm hiểu về phương pháp này chính là tìm hiểu về kỹ thuật lập trình trên máy tính

 Để thực hiện tốt phương pháp trực tiếp, chúng ta cần áp dụng các nguyên lý sau:

2 Nguyên lý 1

 Chuyển đổi dữ liệu bài toán thành dữ liệu của chương trình, điều này

có nghĩa là “Dữ liệu của bài toán s được biểu diễn lại dưới dạng các biến của chương trình thông qua các quy tắc xác định của ngôn ngữ lập trình cụ thể”

5 Nguyên lý 4

 Biểu diễn các tính toán gần đúng bằng cấu trúc lặp, có nghĩa là “Mọi quá trình tính toán gần đúng đều dựa trên các cấu trúc lặp với tham số xác định ”

6 Nguyên lý 5

Khóa 2 đợt 1 5

 Phân chia bài toán ban đầu thành những bài toán nhỏ hơn, có nghĩa là

“Mọi vấn đề - bài toán đều có thể giải quyết bằng cách phân chia thành những vấn đề - bài toán nhỏ hơn ” Đây là nguyên tắc khá quan trọng

7 Nguyên lý 6

 Biểu diễn các tính toán không tường minh bằng đệ quy, điều này có nghĩa là “Quá trình đệ quy trong máy tính không đơn giản như các biểu thức quy nạp trong toán học” Kỹ thuật đệ quy được sử dụng khá nhiều trong lập trình phần mềm

III.2 heo phương pháp gián tiếp

 Phương pháp gián tiếp được sử dụng khi chưa tìm ra lời giải chính xác của vấn đề Đây cũng chính là cách tiếp cận chủ yếu của loài người từ xưa đến nay Điểm khác ở đây là chúng ta đưa ra những giải pháp mang đặc trưng của máy tính, dựa vào sức mạnh tính toán của máy tính Tất nhiên, một lời giải trực tiếp bao giờ cũng tốt hơn, nhưng không phải lúc nào cũng có

 Chúng ta có thể áp dụng các phương pháp gián tiếp như sau:

2 hương pháp thử – sai

 Khi xây dựng lời giải bài toán theo phương pháp thử – sai, người ta thường dựa vào 3 nguyên lý sau :

 Nguyên lý vét cạn: Đây là nguyên lý đơn giản nhất, liệt kê

tất cả các trường hợp có thể xảy ra

 Nguyên lý ngẫu nhiên: Dựa vào việc thử một số khả năng

được chọn một cách ngẫu nhiên Khả năng tìm ra lời giải đúng phụ thuộc rất nhiều vào chiến lược chọn ngẫu nhiên

 Nguyên lý mê cung: Nguyên lý này được áp dụng khi chúng

ta không thể biết được chính xác “hình dạng” lời giải mà phải xây dựng dần lời giải qua từng bước một giống như tìm

Khóa 2 đợt 1 6

đường đi trong mê cung

 Để thực hiện tốt phương pháp thử - sai, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau:

 Nguyên lý vét cạn toàn bộ: Muốn tìm được cây kim trong

đống rơm, hãy lần lượt rút ra từng cọng rơm cho đến khi rút được cây kim

 Nguyên lý mắt lưới: Lưới bắt cá chỉ bắt được những con cá

có kích thước lớn hơn kích thước mắt lưới

 Nguyên lý giảm độ phức tạp của thử và sai: Thu hẹp

trường hợp trước và trong khi duyệt, đồng thời đơn giản hóa tối đa điều kiện chấp nhận một trường hợp

 Nguyên lý thu gọn không gian tìm kiếm: Loại bỏ những

trường hợp hoặc nhóm trường hợp chắc chắn không dẫn đến lời giải

 Nguyên lý đánh giá nhánh cận: Nhánh có chứa quả phải

nặng hơn trọng lượng của quả

 Ưu điểm duy nhất của phương pháp thử sai là không cần phải học mà

tự nhiên ai cũng có Ngoài ưu điểm đó ra phương pháp này có rất nhiều nhược điểm ảnh hưởng đến hiệu quả tư duy - giải quyết vấn đề con người

 Các nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là:

 Số phép thử- sai nhiều nên mất nhiều trí lực, thời gian, vật chất và có thể là sinh mạng của con người

 Công suất phát ý tưởng (số ý tưởng đưa ra trên một đơn vị thời gian) để giải quyết vấn đề thấp

 Tuy số phép thử nhiều nhưng không bao quát được hết các phương án có thể có đối với bài toán cho trước một cách

Khóa 2 đợt 1 7

khách quan

 Không có cơ chế định hướng tư duy Rất cần có phương pháp cho phép định hướng chính xác con đường đi từ bài toán đến lời giải

3 hương pháp euristic

 Phương pháp thử - sai có một số nhược điểm, khi giải quyết vấn đề bằng cách dùng một số lượng phép thử quá lớn, thời gian để có được kết quả có khi khá lâu không chấp nhận được Phương pháp Heuristic

có đặc điểm là đơn giản và gần gủi với cách suy nghĩ của con người, cho ra được những lời giải đúng trong đa số các trường hợp áp dụng Các thuật giải Heuristic được xây dựng dựa trên một số nguyên lý rất đơn giản như “vét cạn thông minh”, “tối ưu cục bộ” (Greedy), “hướng đích”, “sắp thứ tự”, Đây là một số thuật giải khá thú vị và có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn

 Để thực hiện tốt phương pháp Heuristic, chúng ta nên áp dụng các nguyên lý sau:

 Nguyên lý leo núi: Muốn leo lên đến đỉnh thì bước sau phải

cao hơn bước trước

 Nguyên lý chung: Chọn hướng đi triển vọng nhất trong số

những hướng đi đã biết

4 hương pháp trí tuệ nhân tạo

 Phương pháp thử - sai và Heuristic nói chung đều dựa trên một điểm

cơ bản là trí thông minh của chính con người để giải bài toán, máy tính chỉ đóng vai trò thực thi mà thôi Còn các phương pháp trí tuệ nhân tạo lại dựa trên trí thông minh của máy tính Trong những phương pháp này, người ta s đưa vào máy tính trí thông minh nhân tạo giúp máy tính bắt chước một phần khả năng suy luận như con người Từ đó, khi

Khóa 2 đợt 1 8

gặp một vấn đề, máy tính s dựa trên những điều nó đã được “học“ để

tự đưa ra phương án giải quyết vấn đề

 Trong lĩnh vực máy học, các hình thức học có thể phân chia như sau :

 Học vẹt

 Học bằng cách chỉ dẫn

 Học bằng qui nạp

 Học bằng tương tự

 Học dựa trên giải thích

 Học dựa trên tình huống

 Khám phá hay học không giám sát

 Các kỹ thuật thường được áp dụng trong “máy học” là :

 Khai khoáng dữ liệu

 Mạng nơ ron

 Thuật giải di truyền

Khóa 2 đợt 1 9

ẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN C U VÀ KẾT QUẢ

I GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU

 Qua quá trình phát triển của thời đại công nghệ thông tin thì việc quản

lý cơ sở dữ liệu cũng không ngừng phát triển và từ các hệ thống quản

lý cơ sở dữ liệu cơ bản thì ngày càng có nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu

từ đơn giản đến phức tạp: Cơ sở dữ liệu (CSDL), CSDL Phân tán, CSDL tích cực (Active database), CSDL thời gian (Temporal databases), CSDL không gian và multimedia, Cơ sở dữ liệu suy diễn,…

I.2 Cơ sở dữ liệu (CSDL)

1 Định nghĩa cơ sở dữ liệu

 Có thể nói rằng cơ sở dữ liệu và kỹ thuật cơ sở dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực có sử dụng máy tính như giáo dục, thương mại, kỹ nghệ, khoa học, thư viện,… Thuật ngữ cơ sở dữ liệu trở thành một thuật ngữ phổ dụng

 Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp các dữ liệu có liên quan với nhau, được lưu trữ trên máy tính, có nhiều người sử dụng và được tổ chức theo một mô hình Dữ liệu là những sự kiện có thể ghi lại được và có ý nghĩa

 Ví dụ: Để quản lý việc học tập trong một môi trường đại học, các dữ

liệu là các thông tin về sinh viên, về các môn học, điểm thi… Chúng ta

tổ chức các dữ liệu đó thành các bảng và lưu giữ chúng vào sổ sách hoặc sử dụng một phần mềm máy tính để lưu giữ chúng trên máy tính

Ta có một tập các dữ liệu có liên quan đến nhau và mang nhiều ý nghĩa, đó chính là một cơ sở dữ liệu

2 Tính chất của cơ sở dữ liệu:

 Một cơ sở dữ liệu biểu thị một khía cạnh nào đó của thế giới thực như

Khóa 2 đợt 1 10

hoạt động của một công ty, một nhà trường, một ngân hàng… Những thay đổi của thế giới thực phải được phản ánh một cách trung thực vào trong cơ sở dữ liệu Những thông tin được đưa vào trong cơ sở dữ liệu tạo thành một không gian cơ sở dữ liệu hoặc là một “thế giới nhỏ” (miniworld)

 Một cơ sở dữ liệu là một tập hợp dữ liệu liên kết với nhau một cách logic và mang một ý nghĩa cố hữu nào đó Một cơ sở dữ liệu không phải là một tập hợp tùy tiện

 Một cơ sở dữ liệu được thiết kế và được phổ biến cho một mục đích riêng Nó có một nhóm người sử dụng có chủ định và có một số ứng dụng được xác định phù hợp với mối quan tâm của người sử dụng Nói cách khác, một cơ sở dữ liệu có một nguồn cung cấp dữ liệu, một mức

độ tương tác với các sự kiện trong thế giới thực và một nhóm người quan tâm tích cực đến các nội dung của nó

3 Hệ quản trị Cơ sở dữ liệu (DBMS)

 Tập hợp các chương trình cho phép tạo và duy trì cở sở dữ liệu trên máy tính Là hệ thống phần mềm giúp định nghĩa, xây dựng, xử lý, chia sẻ, bảo vệ và duy trì các cơ sở dữ liệu

 Một số hệ quản trị CSDL phổ biến như: MS Acess, DB2, MS SQL Server, Oracle

4 Các mức biểu diễn một CSDL

 Để hệ thống có thể dùng được thì phải tìm dữ liệu một cách hiệu quả Điều này dẫn đến việc cần phải thiết kế những cấu trúc dữ liệu phức tạp đối với việc biểu diễn dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Vì nhiều người

sử dụng các hệ thống cơ sở dữ liệu không phải là người hiểu biết nhiều

về máy tính nên những người phát triển hệ thống phải che dấu đi sự phức tạp khỏi người sử dụng thông qua một số mức trừu tượng, nhằm

Khóa 2 đợt 1 11

làm đơn giản hóa sự tương tác của người sử dụng đối với hệ thống

5 Có 3 mức biểu diễn dữ liệu

a ức trong (mức vật lý - Physical level)

 Nói đến cách thức dữ liệu được lưu trữ thực sự Trả lời câu hỏi dữ liệu

gì và lưu trữ chúng như thế nào? Cần các chỉ mục gì?

 Ví dụ như chỉ mục, B-cây, băm

 Những người thao tác tại mức này là người quản trị CSDL và những NSD chuyên môn

b ức quan niệm hay mức logic (conception level, logical level)

 Trả lời câu hỏi cần phải lưu trữ bao nhiêu loại dữ liệu? Đó là những dữ liệu gì? Mối quan hệ giữa chúng như thế nào?

 Như vậy CSDL mức vật lý là sự cài đặt cụ thể của CSDL mức quan niệm

c ức ngoài hay mức nhìn (view level)

Khóa 2 đợt 1 12

Hình 1: Ba mức trừu tượng dữ liệu

I.3 CSDL Phân tán:

1 Định nghĩa CSDL hân tán:

Cơ sở dữ liệu phân tán (Distributed Database) là tập hợp dữ liệu, mà về mặt

logic tập hợp này thuộc cùng một hệ thống, nhưng về mặt vật lý dữ liệu đó được phân tán trên các vị trí khác nhau của một mạng máy tính

Mỗi nơi của mạng máy tính có khả năng xử lý tự trị và có thể thực hiện các ứng dụng cục bộ Mỗi nơi cũng tham gia thực hiện ít nhất một ứng dụng toàn cục, mà

nơi này yêu cầu truy xuất dữ liệu ở nhiều nơi bằng cách dùng hệ thống truyền thông