Semantische Repräsentation komplexer Objektstrukturen

Als Disziplin, die weder den reinen Naturwissenschaften noch den Geisteswissenschaften zuzuordnen ist, kann die Informatik - zusammen mit der Mathematik - nach einer Einteilung von C.F. von Weizsäcker den sogenannten ‘Strukturwissenschaften’ zugerechnet werden [Weiz79]. Aufgabe der Strukturwissenschaften ist es, abstrakte Gesetzmäßigkeiten in der durch den Menschen wahrgenommenen Realität zu erkennen und diese mit angemessenen Mitteln darzustellen und mit formalen Methoden auszuwerten. Durch sehr weitgehende Abstraktion von der Realität spezieller Einzelfälle beschäftigen sich die Strukturwissenschaften zunächst mit den Strukuren ‘in abstracto’, also unabhängig davon, welche Dinge der Realität diese Strukturen haben. Ein spezielles Anliegen der Informatik ist es, Methoden, Techniken und Werkzeuge zu entwickeln, um die Abbildung eines subjektiv wahrgenommenen Realitätsausschnittes auf die automatischen Methoden zugängliche ‘Benutzerschnitt-stelle’ eines Rechners möglichst weitgehend zu unterstützen. (Daneben beschäftigt sich die Informatik auch mit anderen Dingen, wie etwa mit der Bereitstellung der theoretischen und technischen Grundlagen für die maschinelle Auswertung von Realitätsmodellen, mit speziellen Anwendungsgebieten etc..)

Ein wesentlicher Anteil der Lösung typischer Aufgabenstellungen der angewandten Mathematik und Informatik besteht in der Darstellung der Semantik vorgegebener Realitätsausschnitte durch formale und abstrakte Modelle. Der Abstraktionsprozeß ermöglicht es, die für eine gegebene Problemstellung relevanten Aspekte eines wahrgenommenen Realitätsausschnittes auszuwählen und unabhängig von der Vielzahl aller übrigen Aspekte der Realität abstrakt zu beschreiben. Die durch Anwendung formaler Techniken unterstützte Auswertung und Analyse eines abstrakten Realitätsmodells ermöglichen es, formale Ergebnisse herzuleiten, die dann wieder als Aussagen im Kontext des gesamten modellierten Realitätsausschnittes interpre-tiert werden können.

Unter ‘Datenmodellierung’ versteht man die datenorientierte Beschreibung eines Ausschnittes der wahrgenommenen Realität. Zur Problembeschreibung wird dabei oft eine formale Sprache verwendet, die entweder direkt durch einen Rechner interpretierbar ist oder auf die Benutzerschnittstelle eines existierenden Sprachprozessors abgebildet werden kann. Die Konzepte der Beschreibungssprache sollen es gestatten, auf der einen Seite die Semantik des zu modellierenden Realitätsausschnittes auf möglichst direkte Weise wiederzugeben, auf der anderen Seite aber auch die resultierenden Semantikmodelle mit vertretbarem Aufwand auf realen Rechnern zu verwirklichen. Beide Ziele sind in der Regel nicht gleichzeitig zu erreichen. Die Datenmodellierung muß also konzeptionelle Unterstützung liefern, um sowohl in der Regel komplizierte Realitätsausschnitte angemessen darzustellen als auch um derartige Beschreibungen auf die Benutzerschnittstelle existierender oder realisierbarer, rechnergestützter Datenverwaltungssysteme abzubilden.

Die Modellierung erweiterter, ‘nichtkonventioneller’ Datenbankanwendungen (zum Beispiel in CAD/CAM-Systemen, Text- und Bürosystemen, in der Computer-Graphik etc.) ist in zunehmendem Maße durch Datenobjekte gekennzeichnet, die nicht fest formatiert und auf komplizierte Weise aus unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt sind. Damit muß auch die Verwaltung der Daten immer mehr den speziellen Erfordernissen solcher ‘komplexer’ Datenobjekte angepaßt werden. Das bedeutet, daß insbesondere die Repräsentation, Selektion, und Manipulation derartig variabler Datenobjekte und Objektkomponenten durch spezielle Konzepte einer abstrakten Beschreibungssprache angemessen unterstützt werden müssen.

Zum Anwendungsbereich erweiterter Datenmodelle können - neben den bereits in Kapitel 3 erwähnten Gebieten - in zunehmendem Maße auch der Entwurf und die Entwicklung von automatisch unterstützten Informationssystemen für Büroanwendungen gezählt werden. Büroinformationssysteme sind dabei nach [HaKu80] „größere Programmsysteme, die versuchen, die Ausführung von Büroprozeduren insgesamt, d. h. nicht nur die Durchführung spezieller Teilaufgaben, zu unterstützen und - wenn immer es angemessen erscheint - auch zu automatisieren.“ Das Hauptproblem dabei ist nach Ansicht von Hammer und Kunin, daß sich Büroanwendungen durch eine große Abhängigkeit von Eigenheiten spezieller Anwendungen auszeichnen und daher generell verwendbare Büroinformationssysteme besonders aufwendig zu implementieren sind. Einen wesentlichen Grund für den hohen Implementationsaufwand sehen sie vor allem im Fehlen geeigneter sprachlicher Ausdrucksmittel, mit denen die typischen Eigenschaften von Bürosystemen auf angemessene und ‘natürliche’ Weise beschrieben werden können.

Die Implementierung der erweiterten Datenstrukturen und Operationen eines rekursiven Datenmodells wird in diesem Kapitel am Beispiel der automatischen Generierung einer Prototypversion dargestellt. Dazu werden die Sprachkonstrukte eines rekursiven Datenmodells auf die Benutzerschnittstelle eines relationalen Datenbanksystems abgebildet, das bereits effizient implementiert ist. Dadurch kann die so realisierte rekursive Sprache auch als zusätzliche, abstrakte Schnittstelle für das relationale Datenbankverwaltungssystem angesehen werden.

Der Ausblick auf zukünftige Arbeiten im Zusammenhang mit dem Vorschlag erweiterter, rekursiver Datenmodelle läßt sich in drei unterschiedliche Bereiche unterteilen: die Ergänzung der auf den Konzepten eines rekursiven Datenmodells beru-henden Datenbanksprache, die vollständige und mehr auf Effizienz bedachte Implementierung der zugehörigen Sprachkonstrukte und letz!ich die Erweiterung, die durch die Verwendung von erweiterten Datenmodellen in neuartigen Anwendungsbereichen wie beispielsweise CAD oder Büroinformationssysteme nahegelegt wird.