Лекция № 2. Классификация моделей данных

Классификация моделей данных

Одними из основополагающих в концепции баз данных являются обобщенные категории «данные» и «модель данных».

Понятие «данные» в концепции баз данных — это набор конкретных значений, параметров, характеризующих объект, условие, ситуацию или любые другие факторы. Примеры данных: Петров Николай Степанович, $30 и т. д. Данные не обладают определенной структурой, данные становятся информацией тогда, когда пользователь задает им определенную структуру, то есть осознает их смысловое содержание. Поэтому центральным понятием в области баз данных является понятие модели. Не существует однозначного определения этого термина, у разных авторов эта абстракция определяется с некоторыми различиями, но тем не менее можно выделить нечто общее в этих определениях.

Модель данных — это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

На рис. 2.3 представлена классификация моделей данных.

В соответствии с рассмотренной ранее трехуровневой архитектурой мы сталкиваемся с понятием модели данных по отношению к каждому уровню. И действительно, физическая модель данных оперирует категориями, касающимися организации внешней памяти и структур хранения, используемых в данной операционной среде. В настоящий момент в качестве физических моделей используются различные методы размещения данных, основанные на файловых структурах: это организация файлов прямого и последовательного доступа, индексных файлов и инвертированных файлов, файлов, использующих различные методы хэширования, взаимосвязанных файлов. Кроме того, современные СУБД широко используют страничную организацию данных. Физические модели данных, основанные на страничной организации, являются наиболее перспективными.

Рис. 2.3. Классификация моделей данных

Пример диаграммы Бахмана

Наибольший интерес вызывают модели данных, используемые на концептуальном уровне. По отношению к ним внешние модели называются подсхемами и используют те же абстрактные категории, что и концептуальные модели данных.

Кроме трех рассмотренных уровней абстракции при проектировании БД существует еще один уровень, предшествующий им. Модель этого уровня должна выражать информацию о предметной области в виде, независимом от используемой СУБД. Эти модели называются инфологическими, или семантическими, и отражают в естественной и удобной для разработчиков и других пользователей форме информационно-логический уровень абстрагирования, связанный с фиксацией и описанием объектов предметной области, их свойств и их взаимосвязей.

Инфологические модели данных используются на ранних стадиях проектирования для описания структур данных в процессе разработки приложения, а дата-логические модели уже поддерживаются конкретной СУБД.

Документальные модели данных соответствуют представлению о слабоструктурированной информации, ориентированной в основном на свободные форматы документов, текстов на естественном языке.

Модели, основанные на языках разметки документов, связаны прежде всего со стандартным общим языком разметки — SGML (Standart Generalised Markup Language), который был утвержден ISO в качестве стандарта еще в 80-х годах. Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тегов (ссылок), их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Контроль за правильностью использования тегов осуществляется при помощи специального набора правил, называемых DTD-описаниями, которые используются программой клиента при разборе документа. Для каждого класса документов определяется свой набор правил, описывающих грамматику соответствующего языка разметки. С помощью SGML можно описывать структурированные данные, организовывать информацию, содержащуюся в документах, представлять эту информацию в некотором стандартизованном формате. Но ввиду некоторой своей сложности SGML использовался в основном для описания синтаксиса других языков (наиболее известным из которых является HTML), и немногие приложения работали с SGML-документами напрямую.

Гораздо более простой и удобный, чем SGML, язык HTML позволяет определять оформление элементов документа и имеет некий ограниченный набор инструкций — тегов, при помощи которых осуществляется процесс разметки. Инструкции HTML в первую очередь предназначены для управления процессом вывода содержимого документа на экране программы-клиента и определяют этим самым способ представления документа, но не его структуру. В качестве элемента гипертекстовой базы данных, описываемой HTML, используется текстовый файл, который может легко передаваться по сети с использованием протокола HTTP. Эта особенность, а также то, что HTML является открытым стандартом и огромное количество пользователей имеет возможность применять возможности этого языка для оформления своих документов, безусловно, повлияли на рост популярности HTML и сделали его сегодня главным механизмом представления информации в Интернете.

Однако HTML сегодня уже не удовлетворяет в полной мере требованиям, предъявляемым современными разработчиками к языкам подобного рода. И ему на смену был предложен новый язык гипертекстовой разметки, мощный, гибкий и, одновременно с этим, удобный язык XML. В чем же заключаются его достоинства?

XML (Extensible Markup Language) — это язык разметки, описывающий целый класс объектов данных, называемых XML-документами. Он используется в качестве средства для описания грамматики других языков и контроля за правильностью составления документов. То есть сам по себе XML не содержит никаких тегов, предназначенных для разметки, он просто определяет порядок их создания.

Тезаурусные модели основаны на принципе организации словарей, содержат определенные языковые конструкции и принципы их взаимодействия в заданной грамматике. Эти модели эффективно используются в системах-переводчиках, особенно многоязыковых переводчиках. Принцип хранения информации в этих системах и подчиняется тезаурусным моделям.

Дескрипторные модели — самые простые из документальных моделей, они широко использовались на ранних стадиях использования документальных баз данных. В этих моделях каждому документу соответствовал дескриптор — описатель. Этот дескриптор имел жесткую структуру и описывал документ в соответствии с теми характеристиками, которые требуются для работы с документами в разрабатываемой документальной БД. Например, для БД, содержащей описание патентов, дескриптор содержал название области, к которой относился патент, номер патента, дату выдачи патента и еще ряд ключевых параметров, которые заполнялись для каждого патента. Обработка информации в таких базах данных велась исключительно по дескрипторам, то есть по тем параметрам, которые характеризовали патент, а не по самому тексту патента.

Проблема «безбилетника»

Бремя затрат на получение общественного блага может рас­пределяться между членами потребляющего его сообщества не только в форме денежных выплат. Во-первых, налагаемые на индивидов обязанности способны принимать формы натураль­ных повинностей. Это, например, безвозмездная передача части урожая или другой произведенной продукции (так, десятина ког­да-то играла роль оплаты общественных благ, поставляемых цер­ковью) либо непосредственный трудовой вклад (так, обязательст­ва гражданина по участию в защите государства могут включать не только уплату соответствующих налогов, но и прохождение срочной службы; история знает примеры, когда освобождение от последней предполагало дополнительные выплаты).

Во-вторых, индивид способен вносить вклад в производство или приобретение общественного блага, не только выполняя обя­занности, наложенные на него сообществом, но и добровольно, по своей личной инициативе. Те же пожертвования на церковь и безвозмездная воинская служба, например в ополчении, нередко выходили за рамки предписанного; в современном мире широко распространены добровольные пожертвования на развитие нау­ки, культуры, здравоохранения, а также другие формы благотво­рительности.

Добровольное участие в производстве общественных благ либо их финансировании несомненно предпочтительнее принудитель­ного. С одной стороны, подверженность принудительно нало­женным обязательствам, при прочих равных условиях, сама по себе снижает уровень благосостояния индивида. С другой сторо­ны, определение, фиксация и реализация таких обязательств пред­полагают, как правило, значительные издержки. Так, требуется разработать налоговое законодательство, организовать и содер­жать налоговую службу, тратить средства на выявление и пресле­дование уклоняющихся от налогов и т.д.

Итак, повинность не только сама обладает, вообще говоря, от­рицательной полезностью для несущих ее индивидов, но и влечет за собой избыточное расходование ресурсов, имеющих для них положительную полезность. Потери могут стать сопоставимыми с полезностью получаемого в итоге блага и в значительной степе­ни его обесценить. Коль скоро признается, что производство об­щественных благ призвано служить не абстрактным интересам государства, а интересам потребляющих их конкретных индиви­дов, задача состоит в том, чтобы свести указанные потери к ми­нимуму.

В силу каких причин подобные потери могут быть оправдан­ными? Для получения общественного блага требуются коллектив­ные действия, которые складываются из действий индивидов, будь то вложения труда, его продуктов или денежных сумм. Наличие у потенциального пользователя потребности в результатах таких действий не гарантирует его участия в них. Ведь ожидаемый эф­фект формируется на основе коллективного действия в целом и может быть достигнут при разных вариантах распределения за­трат: трудовых усилий, денежных взносов и т.д. Максимизируя собственную функцию полезности, каждый из индивидов стре­мится свести свою долю затрат к минимуму.

Следовательно, заинтересованность в общественных благах со­вместима с уклонением от участия в коллективных действиях, не­обходимых для получения этих благ.

Формулируемая таким образом проблема «безбилетника» зани­мает основное место в теории коллективных действий и принци­пиально важна для экономики общественного сектора. Иногда эта проблема рассматривается в несколько упрощенном виде. Не­явным образом допускается, что, во-первых, общественное бла­го, которое требуется произвести, обладает абсолютной неисключаемостью и при этом имеет примерно равную полезность для всех потребителей при любом уровне поставки; во-вторых, ми­нимизация затрат во всех случаях тождественна полному неучас­тию в предполагаемых действиях; в-третьих, принудительное вве­дение обязательств и их реализация не требуют существенных Дополнительных расходов. При таких допущениях, очевидно, воз­никает альтернатива: либо, положившись на добровольность учас­тия, убедиться, что все предпочитают быть «безбилетниками», а благо не производится вообще, либо возложить его поставку на Располагающее силой принуждения государство, не увязывая на­прямую это решение с тем, как именно государство станет рас­пределять бремя затрат (налоговое бремя).

В действительности все может быть не столь однозначно. Так, если речь идет о смешанном общественном благе, издержки при­нудительного вовлечения в коллективное действие способны иног­да превышать затраты, с помощью которых удалось бы ввести некоторые ограничения доступа, преодолев тем самым неисключаемость. Соответственно можно попытаться вместо проблемы «безбилетника» решить проблему неисключаемости. При этом, впрочем, надо учитывать, что введение ограничений, в свою оче­редь, не только само требует дополнительных затрат, но и чрева­то снижением интенсивности использования блага, также озна­чающим потери для некоторых индивидов.

Нормы замещения блага другими, как отмечалось выше, за­частую неодинаковы для разных потребителей. Если в распоря­жении государства нет механизмов, позволяющих распределить бремя расходов хотя бы с некоторым учетом данного обстоятель­ства, вопрос о целесообразности принуждения нельзя считать тривиальным. Ведь в этом случае многие индивиды (прежде все­го те, для кого предельная полезность блага относительно невы­сока) скорее всего проиграют от увеличения его производства. Между тем ни само по себе наращивание поставки обществен­ных благ, ни даже приведение ее в соответствие с агрегирован­ным спросом не является самоцелью. Требуется учет интересов каждого из потенциальных потребителей в отдельности, а зна­чит, следование, насколько это возможно на практике, принци­пам Парето-оптимизации.

Помня о дифференциации позиций потребителей, можно так­же сделать вывод, что эффективное с точки зрения экономичес­ких критериев вовлечение индивидов в коллективное действие предполагает, вообще говоря, не только сам факт некоторого учас­тия каждого, но и соответствие предельных значений индивиду­альных вкладов соотношениям цен Линдаля. Отсюда следует, в частности, что если те потребители, для которых характерна наи­более высокая оценка общественного блага, настаивают на все­общем и равном участии в его финансировании, то они в опреде­ленном смысле ведут себя как «безбилетники».

Наконец, нельзя игнорировать возможности и границы осу­ществления коллективных действий без непосредственного при­нуждения. Так, в обществе, где большинство граждан привы­кли быть относительно добросовестными налогоплательщика­ми, затраты на содержание налоговой инспекции могут быть несколько ниже, чем в том, для которого характерно массовое уклонение от налогов. Оставляя в стороне культурные разли­чия и собственно этические аспекты проблемы, экономичес­кая теория определяет, при каких условиях рациональное поведение индивидов, преследующих собственные интересы, включает в себя добровольное участие в создании обществен­ных благ.

Существуют два основных подхода к изучению этого вопроса, которые не противоречат друг другу. Ключевую роль в одном из них играет понятие избирательного стимула, в другом — понятие взаимности.

Избирательными стимулами являются частные блага, получе­ние которых увязывается с участием в коллективных действиях. Например, профессиональные союзы, не обладая, в отличие от государства, законным правом принуждения, тем не менее ус­пешно вовлекают своих членов в коллективные действия, кото­рые зачастую не сводятся к одной лишь уплате взносов на удов­летворение общих нужд. Они могут включать также, например, участие в забастовках, пикетах и т.п., сопряженное иногда с су­щественными потерями. При прочих равных условиях добиться участия тем легче, чем ощутимее для индивида персональные преимущества членства в организации.

Так, результаты политической забастовки могут быть чистым общественным благом, которым воспользуются не одни только члены начавшего ее профсоюза. Это, конечно, сказывается на численности участников. Однако, планируя забастовку, профсо­юзу скорее всего имеет смысл рассчитывать в первую очередь на своих членов, т.е. на тех, кто персонально получал от него защи­ту от увольнения, юридическую помощь, льготные услуги и т.д. и предполагает получать их впредь. Все это предоставляется изби­рательно только тем, кто проявляет лояльность по отношению к данной организации. В случае уклонения от участия в коллектив­ном действии к «безбилетникам» можно легко применить сан­кции, исключив их из организации, а тем самым и из числа поль­зователей частных благ, которые выступают в роли избиратель­ных стимулов. В то же время ограничить доступ «безбилетников» к результатам коллективного действия как такового трудно или вообще невозможно.

Санкции (наказания) сами способны играть роль избиратель­ных стимулов, только негативных. Избирательные стимулы могут быть как материальными, так и моральными, точнее говоря, со­циальными (давление общественного мнения).

Будут ли санкции в виде лишения членства в добровольной организации достаточно действенными, чтобы конкурировать с принуждением со стороны государства, зависит от того, сколь велика полезность позитивных избирательных стимулов в срав­нении с издержками, которые приходится брать на себя индивиду3. В этой связи наиболее сплоченными нередко оказываются привилегированные компактные группы, способные предостав­лять своим членам многочисленные весомые преимущества при условии адекватного участия в реализации коллективных интере­сов. Насколько эффективна замена принуждения избирательным стимулом, зависит, помимо прочего, от соотношения издержек на обеспечение первого и второго.

Другой подход акцентирует значение взаимной лояльности для решения проблемы «безбилетника». Рациональное максимизирую­щее поведение предполагает,что, принимая решение об участии в коллективном действии или уклонении от него, индивид не обязательно избирает путь «безбилетника», а стремится прежде всего оценить вероятность сотрудничества или уклонения своих потенциальных партнеров. Если коллективные действия носят повторяющийся характер, создаются предпосылки для образова­ния устойчивых групп, связанных взаимным доверием. Оно ста­новится экономически значимым ресурсом, обладание которым существенно повышает эффективность функционирования сооб­щества. Чем больше повторений действия ожидается и чем ниже затраты на проведение первой попытки, тем вероятнее, что ин­дивиды попробуют сотрудничать и в итоге сформируется новая устойчивая группа. Вместе с тем вероятность продолжения со­трудничества в существующей группе, при прочих равных усло­виях, выше, чем вероятность формирования новой.

Итак, первый подход привлекает внимание к способности сообщества избирательно вознаграждать своих членов частными благами, второй — к характеру взаимных ожиданий. В совокуп­ности они объясняют, почему на практике эффективнее других обычно действуют группы, имеющие привилегированное поло­жение или длительную историю. В своем предельном негативном выражении особенности таких групп определяются, соответст­венно, как корпоративная солидарность и клановость.

С позиций обоих подходов важно, чтобы вклад каждого инди­вида в коллективные действия был ясно различим для других чле­нов сообщества и они могли, не прибегая к принуждению, согла­сованно и оперативно реагировать на изменения данного вклада. Выполнить эти условия в сравнительно небольшой группе гораздо легче, чем в сообществах национального или регионального мас­штаба. Есть, следовательно, основания полагать, что доброволь­ное участие в создании коллективного блага для небольшой группы, при прочих равных условиях, вероятнее, чем в создании чис­того общественного блага.

Концепции избирательных стимулов и сотрудничества на ос­нове взаимности представляют интерес для экономики общест­венного сектора не только потому, что помогают понять, в каких случаях общественные блага удается производить без посредства государства и использования бюджетных средств. Они также от­крывают дорогу к анализу поведения организованных групп инте­ресов, которые при посредстве лоббирования повсеместно влия­ют на политические решения, в особенности на размеры и струк­туру бюджета, характер налогообложения, использование госу­дарственной собственности и др. Фактические расходы государ­ства и распределение налогового бремени могут существенно от­личаться от оптимальных, в частности, потому, что одни группы избирателей значительно эффективнее других организуют кол­лективные действия, отстаивая перед государственными органа­ми свои представления о желательном уровне производства кон­кретных общественных благ и уменьшая за счет других собствен­ный вклад в финансирование общественных нужд.

Проблема безбилетника представляет собой пример так называемой дилеммы заключенного.

Дилемма заключенного является теоретико-игровой моделью, смысл которой состоит в том, что поведение, отвечающее критерию индивидуальной рациональности, может противоречить критерию коллективной рациональности.

Модель была названа дилеммой заключенного, так как первоначально она базировалась на примере двух заключенных, перед которыми стоит проблема признаваться или не признаваться в совершенном преступлении, причем решение они принимают независимо друг от друга.

В нашем случае каждый потребитель стоит перед выбором – платить или не платить за потребление, а, значит, и за производство общественного блага. В табл. 3.2 представлены два потребителя А и В, варианты платить и не платить, их различные сочетания. Числа означают выигрыш или пользу со знаком (+), потери со знаком (—) для потребителей при принятии того или иного решения. Предположим, что польза от общественного блага для каждого из них равна 8 единицам, а общие затраты на производство блага равны 10.

Таблица

Дилемма заключенного в случае с общественным благом

Рассмотрим разные варианты принятия решений потребителями общественного блага. Если оба потребителя решили платить (левая верхняя клетка таблицы), то они делят издержки производства блага между собой, поэтому выигрыш каждого равен +3 единицам (10: 2 = 5; 8–5 = 3).

В том случае, когда платит один, он несет на себе все затраты по производству блага, а другой является «безбилетником». Например, если платит потребитель А (правая верхняя клетка таблицы), то он теряет —2, а потребитель В имеет выигрыш +8 единиц. Если платит потребитель В, то он теряет —2, а потребитель А выигрывает +8.

Если никто не платит (правая нижняя клетка таблицы), то благо не производится, результат для каждого равен нулю.

Выбор каждого с учетом возможных выигрыша и потерь – не платить. Например, если потребитель В платит, то в результате он имеет либо выигрыш +3, либо проигрыш —2. Если же он не платит, то он либо выигрывает +8, либо остается без выигрыша, но и без проигрыша.

В конечном итоге общественное благо не производится, поскольку каждый в отдельности решил не платить за его потребление. Каждый рассуждал рационально, но коллективный выбор нерационален. Из табл. видно, что если бы каждый заплатил, то общий результат был бы выше (+6), чем в случае с отказом платить, где общий результат равен нулю.

Проблема переполнения и теория клубов

Полезность совместно потребляемого блага для каждого из его пользователей зависит от их численности. Когда пройдена граница несоперничества, неудобства, которые потребители невольно причиняют друг другу, нарастают постепенно.

C

А Б

В

N

Для смешанных общественных благ характерна изображённая на рисунке зависимость между численностью потребителей и выгодой (полезностью), которую типичный потребитель получает от этого блага. Рост численности потребителей может иногда увеличивать выгоды каждого из них (до определённого момента – точка А). Точка Б отвечает границе несоперничества. С этого момента при росте численности потребителей начинается переполнение, то есть уменьшение выгод, приносимых благом отдельному потребителю. Количество смешанного блага, доступного для потребления, обычно поддаётся увеличению, однако для этого требуются средства. Избегая чрезмерных затрат, пользователи часто предпочитают мириться с довольно высокой степенью переполнения. При этом они делят между собой как издержки, так и выгоды. Следовательно, необходимо искать оптимум, сопоставляя издержки и выгоды, причём оптимум не всегда левее точки Б. Возникают два вопроса:

1. При какой численности потребителей обеспечивается наиболее эффективное использование данное количество смешанного общественного блага.

2. Какое количество блага лучше всего соответствует данному числу потребителей.

Ответ на эти вопросы даёт теория клубов. Она имеет непосредственное отношение к действиям государства или органов местного самоуправления, когда они принимают на себя ответственность за поставку смешанных общественных благ. В ситуации, изображённой на рисунке, благом невыгодно пользоваться, если N<А и N>Б. Внутри этого отрезка разной численности потребителей соответствуют неодинаковые соотношения затрат и выгод. Для нахождения оптимума следует сосредоточить внимание на предельных значениях этих величин.

Вообще, численность потребителей надо увеличивать до тех пор, пока предельное уменьшение выгод не уравновесит снижение издержек. Если же численность задана, то количество предлагаемого блага должно возрастать, пока предельные затраты индивида не уравновесят его предельную полезность.

Домашнее задание.

1. Подготовить ответы на вопросы. Правило Самуэльсона. Модель Линдаля. Механизм Гровса-Кларка (налог). Устно. Срок – следующее семинарское занятие.

2. Составить вопросы для теста (отправить в электронном виде). 10 вопросов, 4 варианта ответов. С отметкой, какой из ответов правильный. Срок – в течении двух недель после выдачи задания.

3. Используя метод кейс-стади, подготовьте кейс по теме «Основы ценообразования в общественном секторе». Письменно. Срок – следующее семинарское занятие. Устный ответ с последующим обсуждением по заранее подготовленным вопросам (3-5 вопросов). Работа в группах по 1-2 человека.

Дата добавления: 2014-01-11