（信号与信息处理专业论文）基于cs架构的拳击比赛综合评价分析系统的总体设计.pdf

摘要 经济的发展、国力的增强，使我国在逐渐成为一个体育大国、体育强国，体 育管理的信息化和现代化也日益成为体育事业发展的重要需求。在拳击比赛中， 如何更加科学的进行训练、比赛，如何保证比赛的公平进行和健康发展，成为了 摆在大家面前的重要课题。 本系统通过科学的逻辑设计和海量数据处理技术，通过对大量数据的处理和 挖掘，得到比赛有效信息和数据，从而保证训练的高效率和比赛的公平、公正。 本文首先介绍了管理信息系统的设计和开发思想，数据库设计的理论和方法 以及如何应用这些理论对拳击系统进行数据库设计；接下来重点讲述了本课题部 分子系统的软件设计，其中包括几个具有代表性的功能模块的设计开发思想及数 据处理流程以及输出的报表和可视化图形；最后对系统开发过程中的一些关键技 术给出了详细的分析解决方法，包括反规范设计方法、提高系统的逻辑独立性、 提高系统的速度和系统的安全性与可靠性等。 本课题中的部分内容，如对裁判员进行的信息化的评价和分析等，在国内体 育界属于首创，这种分析和解决特定问题的方法，也得到了体育总局相关领导的 肯定和认可，为今后在这一方面进行进一步的研究和探索打下了基础。 关键词：管理信息系统，数据挖掘，评价系统。 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m yi nc h i n a , o u rc o u n t r yi sn o to n l y p o w e r f u li ne c o n o m y , b u ta l s op o w e r f u li ns p o r t s t h e r e f o r e ，i n f o r m a t i z a t i o na n d m o d e r n i z a t i o nh a v eb e c o m eg r e a tr e q u i r e m e n t so ft h es p o r t s i ti so ft h es a m e s i t u a t i o ni nb o x i n gm a t c h h o wt ot r a i na n dc o m p e t ew i t hm o r es c i e n t i f i cm e t h o d s ， a n dh o wt oc o m p e t ei i laf a i r e re n v i r o n m e n th a v eb e c o m e m o r ea n dm o r e i m p o r t a n t t h r o u g hs c i e n t i f i cl o g i cd e s i g na n dl a r g es c a l ed a t ap r o c e s ss k i l l ，t h i ss y s t e mc a l l p r o c e s sal a r g es c a l eo f d a t aa n di tc a ng e tt h eu s e f u li n f o r m a t i o ni nt h eb o x i n gm a t c h v i at h ed a t am i n i n gm e t h o d t h e r e b y , f a i rp l a ya n dh i 曲e f f i c i e n c ya r er e a l i z e d t h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e ri sa b o u tt h ed e s i g na n dd e v e l o pm e t h o do fm i s ， t h e o r yo fr d b m s a n dh o wt ou s et h e mi nd e s i g n i n gt h eb o x i n gm a t c hs y s t e m ；n e x t ， t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g nm e t h o d so fc e r t a i ns u b - s y s t e m s ，w h i c hi n c l u d e ss o m e f u n c t i o nm o d u l e sw i t l lr e p r e s e n t a t i o n a lf e a t u r e s f l o wc h a r t so ft h ed a t aa n ds o m e v i e w d a t a ；a tl a s t ，i ti l l u s t r a t e ss o m ei m p o r t a n ts k i l l su s e di nt h es y s t e m ，w h i c hi n c l u d e a n t i s t a n d a r d i z a t i o ns k i l l ，e n h a n c eo fl o g i ci n d e p e n d e n c yo ft h es y s t e m ，e n h a n c eo f t h ea c c e s s i n gs p e e d ，t h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y s o m ec o n t e n t si nt h i sp a p e r , s u c ha se v a l u a t i o na n da n a l y s i so f t h e j u d g e r , a r et h e f i r s ta t t e m p ti nt h ed o m e s t i cs p o r t sf i e l d w h a t sm o r e ，t h ef o r e s a i de v a l u a t i o na n d a n a l y s i s m e t h o dh a sb e e nc o m m e n d e db yt h eo f f i c i a l so ft h ec h i n ag e n e r a l a d m i n i s t r a t i o no fs p o r t s i th a sa l r e a d yl a i dt h ef o u n d a t i o nf o rf o r m e rr e s e a r c ha n d i n v e s t i g a t i o ni nt h er e l a t e df i e l d s k e y w o r d s ：m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t am i n i n g ，e v a l u a t i o ns y s t e m i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：丞望 日期： 关于论文使用授权的说明 时，? 1 0 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 承垄 导师签名：二牲r 期：竺 1 1 课题背景及来源 1 1 1 课题背景 第1 章绪论 经济的发展、国力的增强，使我国逐渐成为一个体育大国、体育强国，体育 管理的信息化和现代化也日益成为体育事业发展的重要需求。体育信息化的核心 就是体育管理和体育项目管理的信息化。在当今的体育比赛中，越来越多的高科 技训练、比赛手段被广泛应用到各个领域中，体育现代化对比赛成绩的影响也越 来越明显地体现出来。体育现代化化的程度，也是衡量一个国家和地区运动水平、 体育综合实力的重要指标。 近年来，我国体育事业蓬勃发展，对信息技术应用的要求也在不断提高。去 年雅典奥运会上中国代表团的出色表现，极大地激发了全国人民的爱国热情和民 族自豪感，也为我国体育信息化的发展打开了新的局面。再逢2 0 0 8 奥运会的契 机，更使我国体育信息化建设进入到一个快速发展的阶段。 北京市人民政府、第二十九届奥运会组委会起草了北京奥运行动规划一数 字奥运建设专项规划，其中首先强调，数字奥运是科技奥运的时代特征，是人 文奥运的弘扬手段，是绿色奥运的重要支撑。2 0 0 8 年奥运会申办成功后，国家 加大了对体育科研的投入，对于我国实现体育事业信息化，是一次重大的机遇。 如何抓住这一契机，推动我国的体育信息化和体育科研现代化，使中国不仅成为 体育成绩强国，也要成为体育科技强国，成为摆在体育界面前的一个重要问题。 1 1 2 课题来源 本课题来源于北京市教委，课题的实际用户为国家体育总局( g e n e r a l a d m i n i s t r a t i o no f s p o r t s ) 重竞技运动管理中心。现在测试版本已经安装至口国家体 育总局开始试用，得到了体育总局相关领导的较高评价和肯定，取得了较好的应 用效果，现正进行进一步的系统优化。 鉴王：当垄三i2 ：i 譬! ： 1 2 国内外体育数字化发展状况分析 目前在不少体育运动项目中，人的体能和精神的激发几乎都达到了极限，胜 败往往在毫厘之间，仅靠强健的肌肉和良好的竞技状态已很难获胜，运动员越来 越多地要依靠科学家的智慧。有人说，科研人员实际上是运动员的“超级大脑”， 是他们的智慧推动了那些最高级赛事的金牌争夺。科学家们的目标非常明确，就 是要使运动员能够达到他们在电脑上用数据计算模拟出来的“最高水平”。 1 2 1 数字化在国外体育训练中的应用 在国外一些发达国家，体育训练的信息化已经非常完善。经过一个阶段的训 练后，根据不同运动员训练的情况，把各种生理生化指标都存入数据库，并做出 所需的各项指标曲线，对运动员的状态、变化情况进行量化分析，依据得到的信 息和实际训练效果，制定出更加合理的训练方案，从而使训练达到更好的效果。 除此之外，国外一些优秀的运动队伍还非常注意对比赛对手的分析，将比赛 对手的大量信息输入数据库，得出各种统计数据，从而达到比赛时知己知彼的有 利形势。例如拳击训练中，针对不同对手的架臂方式( 左架、右架) 、风格( 进 攻型、防守型) 、脚步移动速度、臂展、爆发力等指标做出详细分析，进行有针 对性的训练。 刚刚落下帷幕的雅典奥运会不仅为各国人民所瞩目，也成为全球i t 产业关 注的焦点。因为每届奥运会都是世界i t 新技术最经典的应用环境，而雅典奥运 会成为有史以来科技含金量最高的一届奥运会。 在大型国际比赛的现场，高科技、数字化技术随处可见，比赛现场也同时成 为各国科研力量竞技的现场。例如，澳大利亚游泳协会通过对各种游泳装备数据 进行比较分析，选择了在奥运赛场上一鸣惊人的“鲨鱼皮”泳装，这种泳装的质地 经过特别处理，表面像鲨鱼皮一样光滑，可以化解水中的涡流。据测试，“鲨鱼 装”在水中比普通泳装减少7 5 的阻力，提高成绩3 。在以百分之一秒计时的 游泳比赛中，这3 的差距可以说是决定性的。 第1 章绪论 1 2 2 数字化在国内体育比赛中的应用 随着信息技术的不断发展，各个国家都开始将一些先进的科技手段运用到体 育事业的建设当中，我国也已经开始了自身体育事业的信息化道路。但由于经济、 技术等方面的制约，数字化在我国体育中的应用起步较晚，现代化程度不高，总 体上的应用并不普及，实际中几乎没有应用于运动管理的综合管理信息系统。但 近年来这个问题已经越来越引起人们的重视，很多运动项目的数字、信息化发展 很块。目前国内一些优势项目如跳水、射击等项目，已经有了一些辅助训练的管 理系统，如针对跳水姿态的采集分析系统、射击比赛中着弹点分析系统、网球比 赛中的发球落点分析系统等；在拳击运动领域，目前已经拥有比赛数据和训练数 据的记录系统，但是由于缺乏有效地信息化管理，对于一些技术数据的处理仍然 处于管理的初级阶段，需要人工进行统计和分析。 本课题所属的拳击运动在数字化、信息化方面尚属于起步阶段，没有太多的 成熟经验可循，属于拳击运动在数字信息化领域的一次探索性尝试。 1 3 本课题主要研究内容和意义 本系统所要研究的拳击项目电子信息化系统是一项在中国体育界中尚未全 面展开的专项体育的电子信息化研究，浚项目涉及到很多技术领域和专业知识。 如：网络通讯和信息网络数据库建立与维护技术、视频数字处理技术，图像识别 和传输技术、图像压缩存储技术等等。如何将这些理论和技术有效地结合是系统 丌发的关键，这些理论和技术的研究成果为拳击项目管理信息系统的整体规划提 供了依据和参考，为系统的开发奠定了基础。 1 3 1 课题的主要研究内容 建立运动员训i 练信息数据库。将运动员的身体素质、运动水平、技战术等参 数统一归档。结合不同运动员具体情况进行科学化训练，制定出适合每个人的个 性化训练计划，彻底改变低水平的训练方法和手段。针对比赛中的主要对手，制 定有针对性的训i 练，从而达到更佳的训练效果。 建立运动员比赛信息数据库。将以往的比赛信息存入数据库，对其进行分析 北京工业大学t 学硕t 学位论文 和统计，掌握运动员在比赛场上获得成绩的最佳路线和技术和战术方案，分析对 手在比赛中的策略和实战技能，吸取对手在比赛中的成功经验，进行赛后技术分 析，调整训练和比赛策略。 建立赛事管理系统。实现大型拳击比赛的报名、抽签、对阵、比赛成绩统计 过程的数字化管理，增强赛事组织能力，提高赛事的组织效率，为举办2 0 0 8 年 北京奥运会做好充分准备。 建立裁判员评价系统。在各类体育比赛中，裁判员永远都是一个有争议的话 题。2 0 0 4 年雅典奥运会男子花剑团体决赛中，匈牙利裁判直接将金牌送给了在 中国剑客面前颜面尽失的意大利人。尽管国际剑联赛后承认，该裁判至少出现了 6 剑误判，并声明是击剑史上的耻辱，甚至开除了裁判，但依然无法改变中国剑 客饮恨雅典的遗憾，这一事件也为堪称圆满的雅典奥运会留下了不光彩的一页。 2 0 0 4 年的首届中超足球联赛中，由于裁判问题引发的罢赛风波，更是给中国足 球造成了致命性的打击，在国际体育界造成了极坏的影响。在拳击比赛中，由于 裁判员是通过打点来进行判罚，因此，通过裁判员评价系统，对海量打点数据进 行充分的数据挖掘和分析，可以得出多个角度的数字化分析指标和结果，从而对 失职的裁判及时进行处理，对监督裁判员公正执法、净化比赛空气、维护竞赛形 象起着重要作用。对其它需要裁判员打分的项目，如跆拳道、柔道、跳水、体操、 花样游泳等，此裁判员评价系统也可应用。 1 3 2 课题的意义 本课题的总目标是以“数字奥运”的思想为指导，将数字、信息技术运用到拳 击项目的训练、比赛中，建立比赛、训练、赛事组织管理、赛后结果分析和裁判 员评价系统的综合数据库，更有效的提高拳击项目的管理现代化，并使之达到国 际水平。建立体育项目组织管理网络电子信息操作平台，使之兼容国际体育单项 组织和国内各省市级体育单项组织的电子信息。充分运用现代信息技术，建设各 种必要的信息基础设施和信息应用系统，开发各种与之相关的信息资源，营造良 好的信息化环境，为各相关组织和个人提供优质的信息服务，为我国成功举办 2 0 0 8 年北京奥运会创造打下坚实基础。 第2 章管理信息系统世计方法训f 究 第2 章管理信息系统设计方法研究 2 1 拳击信息系统的体系结构 在建设信息系统时，首先应当考虑系统的体系结构，然后考虑开发方法。信 息系统的体系结构大体经历了集中式、p c 局域网式和目前流行的客户机j l 务器 ( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 结构的发展过程。 主机终端模式由于硬件选择有限，硬件投资得不到保证，已逐步被淘汰。而 文件服务器模式由于应用程序及电脑的主体转而面向个人，整个系统的总体丌销 和维护成本大大提高，在客户多、数据量大的情况下就会产生网络瓶颈。在此主 要比较一下c s 和b s 两种模式。 2 1 1 客户机, i l l 务器结构 c s 模式是2 0 世纪8 0 年代逐渐发展起来的一种系统架构，在这种架构中，网 络中的计算机分为两个有机地联系起来的部分：客户机和服务器。c s 系统有三 个主要部件：数据库服务器、客户应用程序和网络。服务器负责有效地管理系统 资源，其任务集中于：数据库安全性的要求：数据库访问并发性的控制；数据库 前端的客户应用程序的全局数据完整性规则；数据库的备份与恢复。客户端应用 程序的主要任务是：提供用户与数据库交互的界面：向数据库服务器提交用户请 求并接收来自数据库服务器的信息：利用客户应用程序存在于客户端的数据执行 应用要求；网络的主要作用是完成数据库服务器和客户应用程序之间的数据传 输。 2 1 2 两层客户机1 1 t 务器结构 大多数信息系统都是使用两层体系结构来实现的。这种体系结构将应用程 序分成两部分：客户端应用程序和数据库服务器。在这种模式中，显示和交互的 工作由客户端应用程序完成：数据的处理和维护工作由数据库服务器完成：而业 务工作由客户端应用程序和数据库服务器共同承担。 北京工业大学t 学顾卜学位论文 相对于主机带终端的集中式结构，两层客户机服务器体系结构中作为客户 机的p c 机一般性能比终端高，容易实现较丰富的图形显示和交互。同时，相 对于文件服务器的p c 局域网结构，两层客户机服务器结构由于在网络上传送 的是数据操作的请求和数据操作的额结果，网络传输量小，并且由于是数据库 服务器负责数据操作，数据的安全性、完整性维护和开放性都比较好。相对于 其他客户机服务器机构，两层结构使用时间长，技术成熟，开发人员经验丰富， 同时可供利用的开发工具和资源也较丰富。 两层客户机服务器结构的主要缺点是没有将业务处理单独独立出来，而是 分布于客户端和数据库服务器上，尤其是分布在各客户端上的业务处理为软件 的升级和维护带来不便。同时，主要的业务功能一般集中在客户端，造成客户 端过于庞大，负担过重，即所谓“胖客户机”问题。 2 1 - 3 三层客户机朋眨务器结构 三层客户机服务器机构是在两层结构基础上的扩展，它将业务处理工作从 数据库服务器和客户端独立出来，由新增加的应用服务器来完成，客户端只完成 显示和交互的工作，数据库服务器只完成数据的处理和维护工作。和两层c s 结 构相比，由于业务处理集中在应用服务器上，大大地减轻了维护升级工作的复杂 性，同时也简化了客户端的工作，解决了“胖客户机”的问题。由于三层c s 结构 作为一种较新的技术，开发人员熟练地掌握并高效地运用还需要时间和经验，并 且在开发工具和资源方面，不如两层结构丰富。所以在选择体系结构时应根据 系统的开发周期、规模和开发人员等实际情况，具体问题具体分析。 2 1 4 三层b r o w s e r s e r v e r 体系结构 随着i n t e m e t 的广泛应用，又出现了一种新的体系结构，b o b r o w s e r s e r v e r 结构。b r o w s e r s e r v e r 本质上也是客户机i l l 务器结构，是三层客户机服务器结 构在w e b 上应用的特例。 b r o w s e r s e r v e r 体系结构的客户端是w e b 浏览器，它负责实现显示和交互。 应用服务器是位于w e b 服务器端的具有应用程序扩展功能的w e b 服务器，它的 任务是接受用户的请求，执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过s q l 6 第2 苹管理信息系统设汁方法研艽 等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后将数据库服务器的数据处理的结 果提交给w e b 服务器，再r 由w e b 服务器传送回客户端。数据库服务器负责接受 w e b 服务器对数据操纵的请求，实现对数掘库查询、修改、更新等功能，把运 行结果提交给w e b 服务器。 在b r o w s e r s e r v e r 体系结构下，通过w e b 服务器访问数据库的技术主要有通 用网关接! j c g i ，基于服务器扩展的a p l 和a s p 等技术。 b s 结构的缺点： 1 同c s 架构相比开发效率较低、数据响应速度较慢，不适用于小型局域网。 2 由于客户端为浏览器这一开放平台，因此系统的安全性有待提高，不适 用于需要较高保密性的系统。 2 1 4 拳击信息系统的体系结构 综合前面分析的几种体系结构的特点分析和本课题的资金预算，本系统决定 采用两层c s 的体系结构。 拳击系统对安全性、保密性要求较高，很多数据和资料瘸于国家机密。 使用b s 架构会增加系统安全的不确定性，额外增加安全防范的成本。而选择c s 架构可以将数据同外部物理性地隔丌，从根本上保证了数据的安全性。 拳击系统的使用范围较小，基本局限于体育总局内部局域网用户，结合 本课题的资余预算，选择c s 架构开发成本较低。 拳击比赛及比赛信息管理中的数据交换量很大，c s 体系结构在局域网 内传输速度较快。 能充分利用机器资源。通过合理分布任务，可以让客户机完成部分数据 的加工处理，尽量减少对服务器的干预。 2 2 拳击信息系统的开发方法 建设一个工程需要科学的方法支持，同样，丌发一个信息系统也需要与之特 性相适应的科学方法。目前，普遍认为信息系统的开发过程由需求分析、系统分 析、系统设计、系统实现等步骤构成。目前主要的开发方法有生命周期法、原型 法以及结合面向对象技术卜8 1 提出的面向对象方法，以下是这几种方法的特点和 北京工业人学t 学硕士学位论文 i i 结合拳击信息系统的具体情况进行的分析选择过程。 2 2 1 生命周期法 生命周期法又称为瀑布法( w a t e r f a l lm o d e l ) ，是一种系统化的、线性的开发 方法，之所以又被称为瀑布法是因为这种方法的几个过程是按照时间顺序一个接 着一个展开的。前个阶段完成后下一个阶段才能丌始。如下图所示： 图2 1 瀑布法模型 f i g u r e2 - iw a t e r f a l lm o d e l 生命周期法出现较早，它提供了系统开发的基本框架，有利于系统开发过程 中人员的组织、管理，有利于系统开发方法和工具的研究，提高了系统丌发的质 量和效率，应用该方法有许多成功的例子。 但生命周期法也有一些不足之处： 实际的项目很少按照该模型给出的顺序进行。虽然线性模型能够容许迭 代，但却是间接的。在项目开发过程中的变化可能引起混乱。 用户常常难以清楚地给出所有需求，而线性模型确要求如此，并且不能 接受在许多项目的开始阶段自然存在的不确定性。 可运行的系统一直要等到开发晚期才能得到，大的错误如果直到最后爿 被发现，后果将是灾难性的。 开发者的丌发过程不连续。在实际项目中，瀑布模型的线性特征可能会 导致“阻塞”状念，某些项目组成员不得不等待其他需要先完成的依赖任务。 2 2 2 原型法 在传统的信息系统开发中，一直采用的是严格定义、预先说明的生命周期法。 这种方法要求系统开发人员和用户在系统开发初期就要对整个系统的功能有全 面、深刻的认识，并制定出每一阶段的计划和说明书，以后的工作便围绕这些文 档进行。即在系统开发初期，就可以预先知道用户的最终要求，然后围绕着这一 需求进行下一步的分析与设计。如果用户需求不能被预知或被错误地理解了，那 么，以后的工作就失去了意义。 为了适应环境的变化，对信息系统的丌发就提出了更高的要求： 首先，信息系统的开发要快：以往的开发方法涉及面太广，人员太多，手续 太复杂，如果还是这样来丌发信息系统，则系统完成后可能已经落伍。 其次，信息系统要有充分的灵活性：由于信息时代技术发展迅猛，i t 坏境 瞬息万变，信息系统的使用环境也会经常发生变化，要有足够的灵活性爿能保证 信息系统的正常运转。传统的设计方法从开始就给系统定下了一个框图，系统 的一切活动都围绕着这个框图进行，如果出现不能预料的变化，修改起来会很困 难。 为了解决这些问题，又结合人自身的特点( 灵活、多变、依经验办事) ，一 种新的信息系统开发方法应运而生一原型法( p r o t o t y p i n gm e t h o d ) 。这种方法的 基础思想是：用户和开发人员之间总是存在着某种这样或那样的隔阂，用户或者 自己也不清楚系统的最终需求，或者由于交流上的障碍无法把自己的意图向开发 人员完全表达出来。用户只有看到了一个具体的系统，才能清楚地了解到自己的 需求和系统存在的缺点。这说明并非所有的需求都能够预先定义，由于存在交流 的障碍，系统往往不能完全满足用户的需求。因此，信息系统的开发过程中大量 的反复是必要的、不可避免的，也是使系统具有更强适应性所要求的。 这样，原型法就产生了与传统开发方法的两个完全不同的特点：( 1 ) 在未完 全弄清需求之前，通过一个原型化设计环境，能迅速地建立原始系统；( 2 ) 在原 型化环境上能方便地对原始系统进行大量的修改、扩充和完善。 原型法的丌发过程大致分为如下几个过程，如下图所示： 北京工业人学t 学硕十学位论文 图2 - 2 原型法的开发过胖 f i g u r e2 - 2p r o c e d u r eo f p r o t o t y p i n gm e t h o d 2 2 3 拳击信息系统选择的开发方法 在选择拳击信息系统的开发方法时，注意到该系统有以下一些特点： ( 1 ) 本信息系统处于中国体育信息化的起步阶段，没有太多经验可循。 ( 2 ) 拳击运动在中国的发展尚在起步阶段，很多系统的需求还不十分明确， 国家体育总局也很难给出一个准确、详细的系统需求报告。 ( 3 ) 随着开发过程的深入和在开发过程中对问题的逐步理解，会逐渐增强对 系统需求的认识。 综上所述，如果随着开发过程中发现了新的需求和想法，而不能回溯到早期 的阶段，那么在后期萌发的好的思想将不能被利用，会给系统造成很大的损失。 如果按照传统的生命周期法开发本系统，在开发过程中塞入新的见解是非常 困难的。而采用原型法，可以保证系统随着认识的不断提高而不断完善，重新引 进新的分析和设计( 同时引入对问题的更进一步理解) ，会大大增加项目获得成 第2 章管理信息系统设计方法研冗 功的机会。因此，本系统决定采用演化式原型法( e v o l u t i o n a r yp r o t o t y p i n gm e t h o d ) 进行开发。 演化式原型法区别于丢弃式原型法( t h r o w i t a w a yp r o t o t y p i n gm e t h o d ) 和 递增式原型法( i n c r e m e n t a lp r o t o t y p i n gm e t h o d ) ，它的主要思想为：用户的要求 及系统的功能都无时不在发生着变化，先按照基本需求开发出一个系统让用户试 用，有问题或新的思路及时修改。系统开始只能完成一项或几项任务，随着用户 的使用以及对系统了解的不断加深，原系统的一部分或几部分可能不再适应用户 的要求，需重新设计、实施、安装。增加原系统功能在演化式原型法中极为常见。 基于演化式原型法的拳击系统开发过程如下图所示： 依据现有需求，设计 出能够满足基本要 求的原始系统 多次和国家体育总局相 关部门负责人探讨试用 效果和进一步的需求 是 最终的拳击信息系统 系统设计 系统实施 用户比赛现场试用 用户是否满意 否 演化( 重新设计、实施) 开发期间 依据需求 的变化多 次反复 图2 - 3 基于演化式原型法的拳击系统开发过程 f i g u r e2 - 3d e v e l o p m e n tp r o c e d u r eo fb o x i n gs y s t e mb a s e do n e v o l u t i o n a r yp r o t o t y p i n gm e t h o d 基于演化式原型法的拳击信息开发过程由系统设计、系统实施和演化三个阶 段组成，按照演化式原型法开发出来的拳击信息系统即为最终系统，已经投入正 常运行。而且，由于在开发过程中反复进行现场试用和修改，吸取了大量现场评 价和试用效果资料，开发出来的最终系统很好地满足了用户的要求。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 3 拳击信息系统的开发环境 综合拳击信息系统的特点和管理信息系统的开发要求，并且通过认真的比 较、了解，本系统决定采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为后台数据库，原因如 下： ( 1 ) 集成和可扩展的分析服务。有了s q ls e r v e r2 0 0 0 ，您可以建立带有集 成工具的端到端分析解决方案，从数据创造价值。此外，还可以根据分析结果自 动驱动商业过程以及从最复杂的计算灵活地检索自定义结果集。 ( 2 ) 快速开发、调试和数据转换。s q l s e r v e r 2 0 0 0 带有交互式调节和调试 查询、从任何数据源快速移动和转化数据、以及按t r a n s a c t s q l 方式定义和使 用函数等功能。您可以从任意v i s u a ls t u d i o 工具以可视化方式设计和编写数据 库应用程序。 ( 3 ) 简化的管理和调节。使用s q ls e r v e r 2 0 0 0 ，您可以很容易地在企业资 源旁边集中管理数据库。可以在保持联机的同时轻松地在计算机间或实例间移动 和复制数据库。 ( 4 ) 在同级别同类型产品中，有着较高的性价比。以单c p u 的s q ls e r v e r 2 0 0 0e n t e r p r i s ee d i t i o n ( w i t hm a n a g e m e n tt o o l s ) 为例，其售价为$ 4 ，9 9 9u s d ， 而具有类似性能的o r a c l e1 0 9s t a n d a r de d i t i o n ( w i t hm a n a g e m e n tt o o l s ) 的售价 为$ 2 l ，0 0 0u s d ，是其售价的4 倍多。 2 4 本章小结 本章首先介绍了管理信息系统的体系结构类型：客户机朋豆务器结构及其包 括的两层客户机服务器体系结构和三层客户机服务器体系结构、三层 b r o w s e r s e r v e r 结构，和拳击系统采用的体系结构：接下来介绍了管理信息系统 的几种开发方法：生命周期法和原型法，最后结合了拳击管理信息系统的特点， 选择了适合本系统的开发方法。 1 2 釜：三至鎏誓兰要警生乏鎏型! ：i 第3 章系统数据库设计方法研究 3 1 关系数据模型 数据处理是现代计算机应用中的一个重要组成部分。数据处理是指对各种形 式的数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护的一系列活动的总和。其目 的是从大量的、原始的数据中抽取、推导出对人们有价值的信息以作为行动和决 策的依据；也是为了借助计算机科学地保存和管理复杂的大量的数据，以便人们 能方便而充分地利用这些宝贵的信息资源。数据处理随着计算机硬件和软件的发 展而不断发展。3 0 多年来经历了三个阶段：人工管理阶段、文件系统阶段、数据 库系统阶段，提出了3 种数据库模型，即网状数据库、层次数据库和关系数据 库。自从i b m 公司的e f c o d d 博士系统提出关系数据库概念以来，出现了众多的 关系型数据库系统产品，如微软的s q ls e r v e r 、i b m 的d b 2 、o r a c l e 、s y b a s e 、 i n f o r m i x 等。 e f c o d d 在1 9 7 6 年6 月发表了“关于大型共享数据库数据的关系模型”论文， 首先概述了关系数据模型及其原理，并把它用于数据库系统中。他指出，关系型 数据库是指一些相关的表和其他数据库对象的集合。这个定义表达了三部分含 义。 第一，在关系数据库中，信息被存放在二维表格结构的表( t a b l e ) 中，一个 关系数据库包含多个数据表，每一个表又包含行( 记录) 和列( 字段) 。可以将 表想象为一个电子表格，其中和行对应的是记录，和列对应的是字段。大多数数 据库都有多个表。 第二，这些表之间是相互关联的。表之间的这种关联性是由主键和外键所体 现的参照关系实现的。 第三，数据库不仅仅包含表，而且包含了其他数据库对象，如视图、存储过 程、索引等。 3 1 1 关系型数据库的特点 以下是关系型数据库系统的一些特点【9 - l5 】： ( 1 ) 几乎当今所有的关系型数据库系统都采用s q l 语言来操纵数据库中 的数据。s q l 是在2 0 世纪7 0 年代1 b m 发展起来的，后来成为了工业标准。 ( 2 ) 最重要的是必须保证数据的完整性。否则，存储在数据库中的数据就 是毫无价值的。关系型数据库系统包括许多特性，目的是阻止不符合要求的数掘 进入数据库。 ( 3 ) 用户需求几乎每天都在改变，所以关系型数据库系统被设计为一个便 于修改的系统。 ( 4 ) 在文件系统阶段，相同的数据常常重复出现在许多记录中。而关系型 数据库系统则会排除大多数的冗余数据。这就减少了对存储空间的需求，加快了 数据访问的速度。 ( 5 ) 应用程序可以通过多级的安全检查来限制对数据的访问。 3 1 2 关系数据模型的数学定义 在用户看来，一个关系模型的逻辑结构是一张二维表，由行和列组成，它涉 及到关系、元组、属性、主键( p r i m a r yk e y ，也称主码或关键字) 、域( d o m a i n ) 和关系模式等概念。 域域是值的集合，域又称之为值域。例如整数、长度小于1 0 的字符串的 集合、f 0 ，1 ，2 、实数等都可以是域。 笛卡儿积给定一组任意集合d 1 ，d 2 ，d n ( 它们可以包括相同 的元素) ，这n 个集合的笛卡儿积为d 1 d 2 d n = ( d l ，d 2 ，d n ) d i d i ，仁l ，2 ，n 。 笛卡儿积也是一个集合。其中：( 1 ) d i 称为域：( 2 ) 每一个元素( d l ， d 2 ，d n ) 叫做一个n 元组( 简称元组) ：( 3 ) 元素中每一个值d i 叫做一 个分量，它来自相应的域( d i d i ) 。 d i ( i _ l ，2 ，n ) 为有限集，d i 中的集合元素个数称为d i 的基数，用m i ( i - l ，2 ，n ) 表示。则笛卡儿积d 1x d 2 d n 的基数( 元素d 1 ，d 2 ， 第3 章系统数据库致汁方法研究 d n 的个数) 为所有域的基数的累乘乘积m = f i m ，。 ，= l 关系笛卡儿积d i x d 2 x ，d n 的任一个子集称为定义在域d i ，d 2 ， d n 上的n 元关系( r e l a t i o n ) ，可用r ( d 1 ，d 2 ，d n ) 表示。 其r p r 为关系名，n 称为关系的目或度( d e g r e e ) 同理，该子集元素是关系中的元组，通常用r 表示。关系中的元组个数是关 系的基数。 当n = l 时，称为单元关系。 当n = 2 时，称为二元关系。 当n = n 时，称为n 元关系。 候选键关系中能唯一标识一个元组的属性组称为该关系的候选键 ( c a n d i d a t ek e y ) ，候选键中任一属性组称为主键( p r i m a r yk e y ) ( 也称主码、 主关键字) ，主键的诸属性称为主属性，不包含在任何候选键中的属性称为非主 属性。 外部关系键如果关系的一个或一组属性x 不是r 2 的关系键，而是另一 关系r 的关系键，则该属性或属性组x 称为关系的外部关系键( 或称外关键字 或外部码) 。 关系模式关系的描述称为关系模式( r e l a t i o ns c h e m a ) ，表示为r ( u ，d ，d o m ，f ) ，其中r 为关系名，u 为组成该关系的属性名集合，d 为u 中 属性所来自的域，d o m 为属性向域的映像集合，f 为属性i t 白j 数据的依赖关系集 合。 3 。1 2 关系数据模型的完整性约束 参照完整性是指输入或删除记录时，为维持表之间已定义的关系而必须遵循 的规则。如果实施了参照完整性，则当主表中没有关联的记录时，数据库不允许 将记录添加到相关表，或更改主表值以至造成相关表中记录没有对应项，也不会 允许当相关表中有相关记录与之匹配时删除主表记录。实体完整性规则：若属性 a 是基本关系r 的主属性，则属性a 不能取空值。 北京t 业夫学丁学帧i 学位论义 参照完整性规则：若属性( 或属性组) a 是基本关系r 的外键，它与基本关 系s 的主键魅相对应，则对于r 中每个元组在a 上的值必须为： 或者取空值( 爿的每个属性值均为空值) ； 或者等于s 中某个元组的主键值 3 2 数据库设计方法及步骤 数据库设计是在现代的数据库管理系统支持下进行的，它包括信息系统数据 模型的静态模型一模式与子模式的设计，称为数据库的结构设计：和在模型上的 动态操作一应用程序设计，这称为数据库的行为设计。现代数据库设计方法强调 数据库的结构设计与行为设计相结合，这是数据庠设计的特点之一。 大型数据库的设计是一项庞大的工程，属于软件工程范畴，其开发周期长、 耗资多、失败的风险也大。必须把软件工程的原理与数据库工程方法应用到数据 库建设中来。数据库设计方法是以逻辑数据库设计和物理数据库设计为核一1 5 的规 范设计方法。逻辑数据库设计是根据用户要求和特定数据库管理系统的具体特 点，以数据库设计理论为依据，设计数据库的全局逻辑结构和用户的局部逻辑结 构。物理数据库设计是在逻辑结构确定之后，设计数据库的存储结构及其他实现 细节。 由于信息结构复杂、应用环境多样，在相当长的一段时问内，数据库设计主 要采用手工试凑法，使用这种方法与设计人员的经验和水平有直接关系，数据库 设计是一种技艺而不是工程技术，缺乏科学的理论和工程原则支持，因此很难保 证设计质量，常常是数据库投入使用后才发现问题，不得不进行修改，使维护代 价昂贵。人们努力探索，提出了各种数据库设计方法，这些方法运用软件工程的 思想和方法，提出了各种设计准则和规程，都属于规范设计法。 规范设计法中比较著名的有新奥尔良方法。它将数据库设计分为四个阶段： 需求分析阶段( 分析用户要求) 、概念阶段( 信息分析和定义) 、逻辑设计( 设计 实现) 和物理设计( 物理数据库设计) 。 基于e r 模型的数据库设计方法，基于3 n f ( 第三范式) 的设计方法，基 于抽象语法规范的设计方法等等，是在数据库设计的不同阶段上支持实现的具体 技术和方法。 第3 币系统数据厍设计方法惭，c 规范设计法从本质上看仍然是手工设计方法，其基本思想是过程迭代和逐步 求精。计算机辅助数据库设计，目前还是在数据库设计的某些过程中模拟某一规 范设计方法，并以人的知识或经验为主导，通过人机交互方式实现设计中的某些 部分。从目前技术条件来看，按照一定的设计规程用工程化方法设计数据库是最 实用的方法，特别是对于大规模、十分复杂、要求较高的应用系统，更应当采用 工程化的方法。运用软件工程的思想和方法制定各种设计准则和规程的数据库设 计方法属于规范设计方法。各种规范设计方法在设计步骤上存在细微差别，按照 规范设计方法可以将数据库设计分为以下六个阶段： 3 2 1 用户需求分析阶段 需求分析的目的是准确了解与分析用户的需求，包括两个步聚：需求调查和 需求分析。需求调查的主要任务是了解用户的存在问题和对系统的各种要求。其 中包括： 信息要求：用户需要对哪些数据进行查询和分析，数据与数据之问的关 系如何，以及最后要得到什么样的信息。 处理要求：用户需要对数据进行何种处理，每一种处理有哪些输入、输 出要求，处理的方式如何，每一种处理有无特殊要求等。 系统要求：包括安全性要求、使用方式要求和可扩充性要求等三个方面。 需求分析的就是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分理解其工作概况 和业务流程，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定系统的功能。需求分析 阶段的工作内容主要有三个方面： 分析需求调查所得到的资料，明确计算机应当处理和能够处理的范围， 确定新系统应具备的功能。 综合各种信息所包含的数据，各种数据之间的关系，数据的类型、取值 范围和流向。 将需求调查文档化，文档既要为用户所理解，又要方便数据库的概念结 构设计。 3 2 2 概念结构设计阶段( 即信息分析和定义阶段) 概念结构设计阶段的目标，是通过对用户需求进行综合、归纳与抽象，形成 一个独立于具体d b m s 的概念模型。所以要求概念模型必须具有下列四个特点： 丰富的语义表达能力。能表达用户的各种需求，反映现实世界中各种数 据及数据间的各种复杂联系，以及用户对数据处理的要求。 易于交流与理解，概念模型是设计人员与用户交流的工具。 易于修改，概念模型只有不断地修改，才能最终符合用户的需求。 易于向各种数据模型的转换。概念模型，是系统分析师、数据库设计人 员和用户三方共同完成的。但它本身并不能在计算机上实现，必须转换成具体 d b m s 所能支持的数据模型。 3 2 3 逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计阶段的任务是将概念结构设计阶段所得到的概念模型转换为 具体d b m s 所能支持的数据模型( 即逻辑结构) ，并对其进行优化。 ( 1 ) 逻辑结构设计阶段主要有以下输入信息： e r 模型：概念结构设计阶段所得到的所有的局部和全局e - - r 模型 处理需求：需求分析阶段产生的业务活动分析结果：用户需求、数据的 使用频率和数据库的规模。 d b m s 特性：即特定的d b m s 所支持的