Ansatz für ein Begriffsgerüst. Semantische Begriffe für die Modellierung:

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1 Semantische Begriffe für die Modellierung: ein erster Schritt für die Erfindung einer formalen Sprache zur Beschreibung statischer und dynamischer Gesichtspunkte eines Unternehmens. Ansatz für ein Begriffsgerüst Informationssysteme sollen Mitteilungen kommunikativ Handelnder innerhalb eines Unternehmens vermitteln. schwammig Aufgabenstellung unklar ausgefranst modellieren Modell der Aufgabenstellung formalisieren gedachte Maschine für anwendungsnahe formale Sprache Maschine (hardware) Dazu müssen Ausschnitte des Unternehmens daraufhin untersucht werden, ob und gegebenenfalls wie sie formalisiert werden können. Ein erster Ansatz für ein Begriffsgerüst umfaßt: (handelnde) Personen; ihre (strukturellen) Verpflichtungen innerhalb des Unternehmens, die von einer jeweils ausgeführten (sozialen) Rolle abhängen; ihr dazu notwendiges Wissen über das Unternehmen; ihre (formalen) Handlungen; die zugrunde liegenden Mitteilungen.. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

2 Seiendes oder Entität (entity): bedeuten Wirklichkeit: aus einfachen Elementen wohlstrukturiert zusammengesetzte Erscheinungen vertreten etwas, das wirklich existiert ; das Sein einer Einheit der Welt (im Gegensatz zu seinen Eigenschaften, Beziehungen usw.). Sprache: Ausdrücke und Sätze benennen Raum der Begriffe und Gesetze der Logik Beziehung (relationship): ein Zusammenhang zwischen Seienden; die Bestandteile einer Beziehung, die Seienden, werden dabei als bedeutungsvoll auch unabhängig von der Beziehung angesehen. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

3 Eigenschaft / Attribut (predicate / attribute): Sowohl ein Seiendes als auch eine Beziehung können Eigenschaften besitzen. Seiendes wird häufig durch seine Eigenschaften eindeutig bestimmt (extensionale Sicht von Dingen): a ist gleich b genau dann wenn a und b die gleichen Eigenschaften. (nicht) besitzen (d.h. Beobachter, der nur Gesamtheit der möglichen Eigenschaften sieht, kann a und b nicht unterscheiden). Eigenschaft kann auch aufgefaßt werden als Zusammenhang zwischen einem Seienden (entity) und dem Wert eines sogenannten Attributs (attribute). Wird Seiendes durch seine Eigenschaften, (Werte seiner Attribute) eindeutig bestimmt, so kann man (in einer formalisierten Sicht) über ein Seiendes ausschließlich über seine Attribute verfügen. Entsprechend kann man auch eine Eigenschaft einer Beziehung als einen Zusammenhang zwischen der Beziehung und einem Attributwert ansehen. Rolle (role): Die Bedeutung eines Seienden oder einer Eigenschaft in einem Zusammenhang wird durch eine Rolle beschrieben. Damit kann man insbesondere das mehrmalige Auftreten eines Seienden in einer oder mehreren Beziehungen inhaltlich voneinander unterscheiden. Klassenbildung (abstraction): Über Seiendes und ihre Beziehungen und Eigenschaften kann man Aussagen machen. Man kann dann diejenigen Seienden (oder Beziehungen oder Eigenschaften) zu einer Klasse zusammenfassen, für die gleichartige Aussagen gelten. Wenn eine Aussageform gegeben ist, so ergibt sich die grundlegende Schwierigkeit, die Gesamtheit derjenigen Seienden (Beziehungen, Eigenschaften) zu überschauen, für die sinnvoll gefragt werden kann, ob für sie die entsprechende Aussage gilt oder nicht. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

4 Aussonderung (separation / specialization): Hat man eine wohlbestimmte Menge von Seienden (Beziehungen, Eigenschaften) schon bestimmt, so kann man durch Angabe einer Aussageform diejenigen Seienden (Beziehungen, Eigenschaften) aus der vorgegebenen Menge aussondern, für die die entsprechende Aussage gilt. Verallgemeinerung (generalization): Hat man zwei oder mehr wohlbestimmte Mengen von Seienden (Beziehungen, Eigenschaften) schon bestimmt, etwa mit Hilfe geeigneter Aussageformen, so kann man diese vereinigen. Aggregation (aggregation): Was man jeweils als Seiendes oder als Beziehung auffaßt, hängt im allgemeinen vom Standpunkt des Betrachters des Unternehmens ab; letztlich müssen die verschiedenen Betrachter eine Entscheidung darüber aushandeln. Aus diesem Grund, aber auch um Begriffshierarchien aufbauen zu können, ist es häufig zweckmäßig, Beziehungen wieder wie Seiendes verwenden zu können. Beziehungen können dann insbesondere wieder Bestandteile von (höherstufigen) Beziehungen sein. Eine die Vereinigung beschreibende Aussageform wird dann als besonders aussagekräftig angesehen, wenn sie die vorgefundenen Aussageformen begrifflich verallgemeinert (anstatt diese einfach nur aufzuzählen und mit dem logischen oder zu verbinden). J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

5 statische Gesichtspunkte eines Unternehmens kann man zunächst ansatzweise mit Hilfe des vorgestellten Begriffsgerüsts durch Aufzählung der vorhandenen Seienden, ihrer zutreffenden Eigenschaften und Beziehungen usw. beschreiben. Dieser Ansatz bedarf aus folgenden Gründen einer Ergänzung: Die Gesamtheit der als möglich angesehenen Seienden, Beziehungen usw. ist so nicht darstellbar. Neben dem aufzählend dargestellten Wissen über die statischen Gesichtspunkte benötigt man also noch Wissen in Form von Bedingungen und Regeln: Bedingungen (constraints) schränken die Aufzählungen ein. Regeln (rules) dienen dazu, gegebenenfalls mit Hilfe des aufzählend dargestellten Wissens und der Bedingungen, das Sein und die Art von Seienden, Beziehungen usw. zu erschließen. Einschränkende Bedingungen an diejenigen Aufzählungen, die man als (wirklichkeits-) getreue (oder wünschenswerte) Beschreibungen des Unternehmens ansehen will, sind nicht ausdrückbar. Allgemein sind dann keine (Meta-) Aussagen über zukünftige Beschreibungen möglich. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

6 Typische Bedingungen: Innerhalb einer Seiendenklasse müssen die Werte gewisser Attribute die Seienden eindeutig bestimmen: Schlüsselbedingung (key constraint). Elemente einer Seiendenklasse müssen auch Elemente einer bzw. mehrerer anderer Seiendenklasse(n) sein, wobei folgende Formen wichtig sind. Jedes Seiende aus einer (Teil-) Klasse S i muß auch in der (Ober-) Klasse S sein: Aussonderungsbedingung (specialization constraint, isaconstraint). Jedes Seiende aus der (Ober-) Klasse S muß auch in [genau] einer (ihrer Unter-) Klasse(n) S i sein: Verallgemeinerungsbedingung oder Partitionsbedingung (partition constraint). Eine Beziehungenklasse soll einen funktionalen Zusammenhang beschreiben, d.h. jedes Seiende aus einer Klasse S1 darf nur mit höchstens einem Seienden aus einer Klasse S2 in Beziehung stehen: viele-eins-bedingung, (many-one-constraint, n:1-constraint). Eine Beziehungenklasse bezieht jedes Seiende einer Seiendenklasse mit ein, d.h. jedes Seiende aus einer Klasse S1 muß mit mindestens einem Seienden aus einer Klasse S2 in Beziehung stehen: Seinsbedingung (existence constraint). In einer Beziehungenklasse auftretende Seiende müssen in einer Seiendenklasse oder einer anderen Beziehungenklasse vorkommen: Verweisbedingung (referential constraint). Typische Regeln: Die Gesamtheit der möglichen Seienden einer Art wird abschließend durch die Angaben... beschrieben: Gesamtheitsregel (universe of discourse rule). Ist eine Beziehung in der Gesamtheit der möglichen Beziehungen, aber weder in der Aufzählung noch erschließbar, so soll die entsprechende Aussage nicht gelten: Verneinungsregel (negation rule). Sind die Beziehungen R 1,...,R k in der Aufzählung oder schon erschlossen, so soll auch die Beziehung erschlossen werden können, die man aus R 1,...,R k gemäß den Angaben... erstellen kann: Sichtregel (view rule). J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

7 dynamische Gesichtspunkte des Unternehmens: Bedingungen beschreiben nicht nur statische Gesichtspunkte, sondern indirekt auch dynamische Gesichtspunkte des Unternehmens. Faßt man nämlich Mitteilungen ebenfalls als (Bruchstücke von) Wissen auf, so bedeutet eine Mitteilung die Aufforderung an den Empfänger, sein derzeitiges Wissen zu verändern. Da der Empfänger sein Wissen nur innerhalb der durch die Bedingungen ausgedrückten Einschränkungen aufbauen kann (oder will), müssen gegebenenfalls auftretende Widersprüche unter den Beteiligten aufgelöst werden. dynamische Gesichtspunkte: Die dynamischen Gesichtspunkte kann man auch direkter beschreiben, indem man die kommunikativen Handlungen in den Mittelpunkt der Betrachtung stellt: eine (formale) Handlung (action) wird dann wie folgt angegeben: eine Änderung im Wissen eines Senders, d.h. eine Information, löst eine Mitteilung an einen (oder mehrere) Empfänger aus, die dann ihrerseits ihr Wissen geeignet verändern oder eine anschließende Handlung auslösen, d.h. zu verstehen versuchen. Da der Vorgang des Verstehens als grundsätzlich offen für Annahme oder Ablehnung und für Anschlußkommunikation gedacht wird, müssen nicht nur einzelne Handlungen, sondern auch (formale) Handlungsfolgen beschrieben werden. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

8 So wie die Bedingungen indirekt auch dynamische Gesichtspunkte beschreiben, beinhalten formale Handlungen und Handlungsfolgen auch statische Gesichtspunkte. Tatsächlich sind Wissen und Handlung, statische und dynamische Gesichtspunkte stets unmittelbar aufeinander bezogen und werden nur zum Zweck einer Formalisierung begrifflich getrennt. Verpflichtungen (obligation): Die Verpflichtungen (obligation) einer handelnden Person innerhalb einer (sozialen) Rolle beschreibt man dann, indem man angibt, welches Wissen ihr zugänglich sein bzw. welche Handlungsfolgen sie ausführen muß, gegebenenfalls unter Angabe von auslösenden Ursachen; welches Wissen ihr zugänglich sein bzw. welche Handlungsfolgen sie ausführen darf, gegebenenfalls unter Angabe von Voraussetzungen. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

9 Begriffsgerüst für die Modellierung zwischen zeitabhängigen und zeitunabhängigen Teilen unterscheiden: Person Wissen Verpflichtung Seiendes Müssen-Ursachen Beziehung Dürfen-Voraussetzungen Eigenschaft / Attribut (soziale) Rolle Rolle (bei einer Beziehung) Klassenbildung: Gesamtheit Aussonderung Verallgemeinerung Aggregation Bedingung: Schlüsselbedingung Aussonderungsbedingung Verallgemeinerungsbedingung viele-eins-bedingung Seinsbedingung Verweisbedingung Regel: Gesamtheitsregel Verneinungsregel Sichtregel Handlung Information Mitteilung Verstehen Handlungsfolge Bei zeitabhängigen Beschreibungen erwartet man häufig Änderungen und möchte diese in der tatsächlichen Verwirklichung leicht durchführen können. Bei zeitunabhängigen Beschreibungen erwartet man im allgemeinen keine Änderungen; sie können also in der tatsächlichen Verwirklichung ausschließlich unter dem Gesichtspunkt leichter Nutzung behandelt werden. Als zeitabhängig wird angesehen: aufzählend dargestelltes Wissen. Als zeitunabhängig wird in den meisten verwirklichten Ansätzen angesehen: Formate für die Aufzählungen, Bedingungen, Regeln für die Gesamtheit der möglichen Seienden und für negative Information, formale Handlungen. J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

10 Schema und Instanz ER-Diagramme Die Zusammenfassung der zeitunabhängigen Teile nennt man Schema: Formate (Typen) für Aufzählungen (Deklaration) Bedingungen (Invarianten) für Aufzählungen Regeln (vordefinierte Prozeduren) zum Erschließen von Nicht-Aufgezähltem Zeichen für Klassen Seiendenklasse Beziehungenklasse die Zusammenfassung der zeitabhängigen Teile nennt man A Attribut Instanz: (Zustand) Aufzählung entsprechend Formaten erfüllt Invariante A mengenwertiges Attribut In einer aus Schema und Instanz bestehenden Beschreibung kann das Schema als eine Art Selbstbeschreibung angesehen werden. Rolle Rolle In den Verwirklichungen versucht man im allgemeinen das Schema und die Instanz mit den gleichen (oder zumindest ähnlichen) Techniken zu behandeln.... Aggregation Aggregation durch Beziehungenklasse, aufgefaßt als Seiendenklasse J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

11 ER-Diagramme: ER-Diagramme: Zeichen für Bedingungen Zeichen für Bedingungen S (Verallgemeinerung) Aussonderungsbedingung: jedes Seiende aus S i muß auch in S sein A Schlüsselbedingung S... S 1 k (Aussonderung) S1 1 S2 viele-eins-bedingung: jedes Seiende aus S1 steht mit höchstens einem Seienden aus S2 in Beziehung S (Verallgemeinerung) S1 1 S2 Seinsbedingung: jedes Seiende aus S1 steht mit mindestens einem Seienden aus S2 in Beziehung (!) S... S 1 k Verallgemeinerungsbedingung (Partitionsbedingung): jedes Seiende aus S muß auch in (genau) einem S i sein (Aussonderung) S1 S2 B Verweisbedingung: jedes Seiende aus S1, das in einer Beziehung aus B vorkommt, ist auch Seiendes aus S2 J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

12 Regelgraphen veranschaulichen eine Regel folgender Art: Wenn die Aussagen ψ(r 1,...,r k ),..., χ(s 1,...,s l ) und die Gleichheitsbedingung alle zutreffen oder eine alternative Menge von Aussagen mit entsprechender Gleichheitsbedingung zutrifft, dann trifft auch die Aussage ϕ(t 1,...,t n ) zu, wobei die Terme t i wie angegeben gebildet werden. t := exp (r,...,r,...s,...,s ) k 1 l. t n := exp n (r 1,...,r,...,s 1,...,s ) k l ϕ(t,...,t ) 1 n or or ϕ(t 1,...,t n) select... Stelle... and... Transition als Sender gedeutete Stellen: eine eingehende Mitteilung vermittelt jeweils Information als Empfänger gedeutete Stellen and and Gleichheitsbedingung ψ(r,...,r ) χ(s,...,s ) 1 k 1 l eingehende Mitteilungen als Erstellung und Übertragung von Mitteilungen gedeutete Transition Auslösung von anschließenden Handlungen J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

13 Beispiel handelnde Personen: Ärzte Angestellte Patienten } Behandelnde Name Vorname Geschlecht Geburtstag: Geburtsort Tag, Monat, Jahr Person Anschrift: Straße, Nr, Plz, Ort statische Gesichtspunkte des Wissens (des Leiters), d.h. globale Sicht: private Telefonnummer weitere Telefonnummern Seiende: Beziehungen: Personen, insb. die handelnden Arbeitgeber Versicherungsgesellschaften Protokolle Karteikarten... Versicherung Beschäftigung Behandlung Dokumentation Behandelnder Person Arzt Angestellter Patient J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

14 Name Vorname Geschlecht Geburtstag: Geburtsort Tag, Monat, Jahr Anschrift: Straße, Nr, Plz, Ort Patient Versicherter Versicherung Versicherungsnehmer Person Person private Telefonnummer Versicherungsgesellschaft! weitere Telefonnummern Behandelnder AOK Ersatzkasse Privatkasse Arzt Angestellter Patient J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

15 Patient 1 Versicherter 1 Versicherung Versicherungsnehmer Person Protokoll! Versicherungsgesellschaft Anamnese Untersuchung / Befunde verordnete Therapie Sonstiges Beschwerden Diagnose durchgeführte Therapie Patient beschäftigt bei Arbeitgeber Datum Patient Behandlung Behandelnder Protokoll J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

16 Datum Arbeitgeber Patient Behandlung Behandelnder beschäftigt bei Protokoll! Patient Versicherter 1 1 Versicherung Versicherungsnehmer Person Versicherungsgesellschaft! Anamnes Beschwerden Untersuchung / Befunde Diagnose verordnete Therapie durchgeführte Therapie Sonstiges AOK Ersatzkasse Privatkasse J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

17 Name, Vorname, Geschlecht, Geburtstag, Geburtsort Datum Patient Behandlung Behandelnder 1 Patient pat Uhr dat beh Behandelnder Protokoll behandlung(pat,dat,prot,beh) 1 Dokumentation 1 Karteikarte dok(patient,kartei) dat, prot, beh Anonym Geschlecht Jahrgang andere Merkmale Protokoll (pat, dat, prot, beh) select t (dat, prot, beh) Karteikarte J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

18 Jung Vorfahr Alt Jung Vorfahr Alt Jung := Kind Alt := Alt or Jung := Kind Alt := Eltern and Elternschaft Eltern = Jung Kind Eltern Elternschaft Kind := Kind Eltern := Mutter Kind or Eltern Kind := Kind Eltern := Vater Mutterschaft 1 Kind Patient! Kind 1 Vaterschaft Kind := Kind Mutter := Eltern Mutterschaft Eltern.Geschlecht = weiblich 1 Kind Geschlecht Patient! Eltern.Geschlecht = männlich Kind 1 Kind := Kind Vater := Eltern Vaterschaft Mutter Vater Mutter Vater Frau Mann Frau Mann J. Biskup Informationssysteme Modellierung J. Biskup Informationssysteme Modellierung

19 paradigm formale Sprache theory abstraction design erfinden verwirklichen benutzen J. Biskup Informationssysteme Modellierung