نموذج البيانات الدلالي

نموذج البيانات الدلالي ( SDM ) هو نموذج وصف وهيكلة قواعد البيانات عالي المستوى ، قائم على الدلالات. صُمم هذا النموذج لاستيعاب معاني بيئة التطبيق بشكل أوسع من النماذج التقليدية. يصف نموذج البيانات الدلالي قاعدة البيانات من حيث أنواع الكيانات الموجودة في بيئة التطبيق، وتصنيفاتها وتجميعاتها، والترابطات الهيكلية فيما بينها. يوفر نموذج البيانات الدلالي مجموعة من العناصر الأساسية للنمذجة عالية المستوى لاستيعاب دلالات بيئة التطبيق. من خلال دمج المعلومات المشتقة في مواصفات هيكلية لقاعدة البيانات، يتيح نموذج البيانات الدلالي عرض نفس المعلومات بطرق متعددة، مما يُمكّن من تلبية الاحتياجات ومتطلبات المعالجة المتنوعة التي عادةً ما توجد في تطبيقات قواعد البيانات. يستند تصميم نموذج البيانات الدلالي الحالي إلى خبرتنا في استخدام نسخة أولية منه. صُمم نموذج البيانات الدلالي لتعزيز فعالية وسهولة استخدام أنظمة قواعد البيانات. يمكن أن يكون وصف قاعدة البيانات باستخدام نموذج البيانات الدلالي بمثابة مواصفات رسمية وأداة توثيق لقاعدة البيانات. يمكن أن يوفر أساسًا لدعم مجموعة متنوعة من مرافق واجهة المستخدم القوية، ويمكن أن يكون بمثابة نموذج قاعدة بيانات مفاهيمي في عملية تصميم قاعدة البيانات؛ ويمكن استخدامه كنموذج قاعدة بيانات لنوع جديد من أنظمة إدارة قواعد البيانات.

للنموذج الدلالي للبيانات في هندسة البرمجيات معانٍ متعددة:

1. هو نموذج بيانات مفاهيمي يتضمن معلومات دلالية. وهذا يعني أن النموذج يصف معنى عناصره. ويمثل نموذج البيانات الدلالي هذا تجريدًا يحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة (بيانات العناصر) بالعالم الحقيقي. ^{[ 1 ]}
2. هو نموذج بيانات مفاهيمي يتضمن القدرة على التعبير عن المعلومات وتبادلها، مما يُمكّن الأطراف من تفسير المعنى (الدلالات) من البيانات، دون الحاجة إلى معرفة النموذج الفوقي. هذه النماذج الدلالية موجهة نحو الحقائق (على عكس النماذج الموجهة نحو الكائنات). تُعبّر الحقائق عادةً عن طريق علاقات ثنائية بين عناصر البيانات ، بينما تُعبّر العلاقات ذات الرتبة الأعلى عن طريق مجموعات من العلاقات الثنائية. عادةً ما تأخذ العلاقات الثنائية شكل ثلاثيات: كائن-نوع العلاقة-كائن. على سبيل المثال: برج إيفل <يقع في> باريس.

عادةً ما تتضمن بيانات نماذج البيانات الدلالية صراحةً أنواع العلاقات بين عناصر البيانات المختلفة، مثل "يقع في". ولتفسير معنى الحقائق المستخلصة من البيانات، لا بد من معرفة معنى أنواع العلاقات. لذا، تُوحّد نماذج البيانات الدلالية عادةً أنواع هذه العلاقات. وهذا يعني أن النوع الثاني من نماذج البيانات الدلالية يُمكّن البيانات من التعبير عن حقائق تتضمن معانيها الخاصة. ويُستخدم هذا النوع عادةً لإنشاء قواعد بيانات دلالية. وتُسهّل إمكانية تضمين المعنى في قواعد البيانات الدلالية بناء قواعد بيانات موزعة تُمكّن التطبيقات من تفسير المعنى من المحتوى. وهذا يعني إمكانية دمج قواعد البيانات الدلالية عند استخدامها نفس أنواع العلاقات (القياسية). كما يعني هذا أيضًا أنها تتمتع عمومًا بنطاق تطبيق أوسع من قواعد البيانات العلائقية أو الموجهة للكائنات .

لا يمكن لبنية البيانات المنطقية لنظام إدارة قواعد البيانات (DBMS)، سواء كانت هرمية أو شبكية أو علائقية ، أن تُلبي تمامًا متطلبات التعريف المفاهيمي للبيانات، نظرًا لمحدودية نطاقها وانحيازها لاستراتيجية التنفيذ التي يستخدمها نظام إدارة قواعد البيانات. ولذلك، أدت الحاجة إلى تعريف البيانات من منظور مفاهيمي إلى تطوير تقنيات نمذجة البيانات الدلالية. أي تقنيات تعريف معنى البيانات في سياق علاقاتها المتبادلة مع البيانات الأخرى، كما هو موضح في الشكل. يُعرَّف العالم الحقيقي، من حيث الموارد والأفكار والأحداث، وما إلى ذلك، بشكل رمزي داخل مخازن البيانات المادية. نموذج البيانات الدلالي هو تجريد يُحدد كيفية ارتباط الرموز المخزنة بالعالم الحقيقي. وبالتالي، يجب أن يكون النموذج تمثيلًا دقيقًا للعالم الحقيقي. ^{[ 1 ]}

بحسب كلاس وشريفل (1995)، فإن "الهدف العام لنماذج البيانات الدلالية هو استخلاص المزيد من معاني البيانات من خلال دمج المفاهيم العلائقية مع مفاهيم التجريد الأكثر قوة المعروفة في مجال الذكاء الاصطناعي . وتتمثل الفكرة في توفير عناصر نمذجة عالية المستوى كجزء لا يتجزأ من نموذج البيانات لتسهيل تمثيل مواقف العالم الحقيقي". ^{[ 2 ]}

برزت الحاجة إلى نماذج البيانات الدلالية لأول مرة من قِبل القوات الجوية الأمريكية في منتصف سبعينيات القرن الماضي، نتيجةً لبرنامج التصنيع المتكامل بمساعدة الحاسوب (ICAM). كان هدف هذا البرنامج زيادة إنتاجية التصنيع من خلال التطبيق المنهجي لتكنولوجيا الحاسوب. وقد حدد برنامج ICAM الحاجة إلى تقنيات تحليل وتواصل أفضل للعاملين في مجال تحسين إنتاجية التصنيع. ونتيجةً لذلك، طوّر برنامج ICAM سلسلة من التقنيات تُعرف باسم أساليب تعريف ICAM (IDEF)، والتي تضمنت ما يلي: ^{[ 1 ]}

• يُستخدم IDEF0 لإنتاج "نموذج وظيفي" وهو تمثيل منظم للأنشطة أو العمليات داخل البيئة أو النظام.
• يُستخدم IDEF1 لإنتاج "نموذج معلومات" يمثل بنية ودلالات المعلومات داخل البيئة أو النظام.
  • يُعدّ IDEF1X أسلوبًا لنمذجة البيانات الدلالية يُستخدم لإنتاج نموذج معلومات رسومي يُمثّل بنية المعلومات ودلالاتها داخل بيئة أو نظام. يسمح استخدام هذا المعيار بإنشاء نماذج بيانات دلالية تُسهم في دعم إدارة البيانات كمورد، وتكامل أنظمة المعلومات، وبناء قواعد بيانات الحاسوب.
• كان برنامج IDEF2 يُستخدم لإنتاج "نموذج ديناميكي" يمثل الخصائص السلوكية المتغيرة بمرور الوقت للبيئة أو النظام.

خلال تسعينيات القرن الماضي، أدى تطبيق تقنيات النمذجة الدلالية إلى ظهور نماذج البيانات الدلالية من النوع الثاني. ومن الأمثلة على ذلك نموذج البيانات الدلالية الذي تم توحيده وفقًا لمعيار ISO 15926-2 (2002)، والذي تم تطويره لاحقًا إلى لغة النمذجة الدلالية Gellish (2005). ويُوثَّق تعريف لغة Gellish في شكل نموذج بيانات دلالي. وGellish نفسها لغة نمذجة دلالية، يمكن استخدامها لإنشاء نماذج دلالية أخرى. ويمكن تخزين هذه النماذج الدلالية في قواعد بيانات Gellish، وهي قواعد بيانات دلالية.

يمكن استخدام نموذج البيانات الدلالي لخدمة العديد من الأغراض. ومن بين الأهداف الرئيسية ما يلي: ^{[ 1 ]}

• تخطيط موارد البيانات: يمكن استخدام نموذج بيانات أولي لتوفير نظرة عامة على البيانات المطلوبة لإدارة المؤسسة. بعد ذلك، يمكن تحليل النموذج لتحديد نطاق المشاريع اللازمة لبناء موارد بيانات مشتركة.
• بناء قواعد بيانات قابلة للمشاركة: يمكن استخدام نموذج متكامل لتحديد رؤية مستقلة عن التطبيق للبيانات، والتي يمكن للمستخدمين التحقق منها ثم تحويلها إلى تصميم قاعدة بيانات فعلية لأي من تقنيات إدارة قواعد البيانات المختلفة. بالإضافة إلى إنشاء قواعد بيانات متسقة وقابلة للمشاركة، يمكن تقليل تكاليف التطوير بشكل كبير من خلال نمذجة البيانات.
• تقييم برامج الموردين: بما أن نموذج البيانات يمثل في الواقع البنية التحتية للمؤسسة، فيمكن تقييم برامج الموردين مقابل نموذج بيانات الشركة لتحديد التناقضات المحتملة بين البنية التحتية التي ينطوي عليها البرنامج والطريقة التي تمارس بها الشركة أعمالها فعليًا.
• دمج قواعد البيانات الحالية: من خلال تعريف محتويات قواعد البيانات الحالية باستخدام نماذج البيانات الدلالية، يمكن استخلاص تعريف بيانات متكامل. وباستخدام التقنية المناسبة، يمكن استخدام المخطط المفاهيمي الناتج للتحكم في معالجة المعاملات في بيئة قواعد بيانات موزعة. يُعد نظام دعم المعلومات المتكامل التابع لسلاح الجو الأمريكي (I2S2) تطويرًا تجريبيًا وعرضًا عمليًا لهذا النوع من التقنية، حيث يُطبق على بيئات أنظمة إدارة قواعد البيانات المتنوعة.

• الرياضيات الحسابية – فرع من فروع الرياضيات 
• مخطط مفاهيمي – نموذج تصميم قاعدة بيانات عالي المستوى 
• نموذج علاقات الكيانات – نموذج أو مخطط يصف الأشياء المترابطة. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• نموذج المعلومات – تصور هندسة البرمجيات 
• نمذجة أدوار الكائنات – أسلوب برمجة: صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه 
• علم الوجود (علم المعلومات) – تحديد مفهوم 
• النموذج العلائقي/تسمانيا
• التكنولوجيا الدلالية – تكنولوجيا تساعد الآلات على فهم البيانات 
• نهج المخططات الثلاثة – نهج لبناء نظم المعلومات 

 تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا

• ريشي، نفتالي د. (1992). تصميم قواعد البيانات: منهج النمذجة الدلالية . ماكجرو هيل. ISBN 9780070529557.
• يوهان تير بيك (1992). نمذجة البيانات الدلالية . برنتيس هول.
• ألفونسو ف. كارديناس ودينيس ماكلويد (1990). أسس البحث في أنظمة قواعد البيانات الموجهة للكائنات والدلالية . برنتيس هول.
• بيتر غراي، كريشناراو جي. كولكارني، ونورمان دبليو. باتون (1992). قواعد البيانات الموجهة للكائنات: منهج نموذج البيانات الدلالي . سلسلة برنتيس هول الدولية في علوم الحاسوب.
• مايكل هامر ودينيس ماكلويد (1978). "نموذج البيانات الدلالي: آلية نمذجة لتطبيقات قواعد البيانات". في: وقائع المؤتمر الدولي لإدارة البيانات التابع لجمعية آلات الحوسبة (ACM SIGMOD). أوستن، تكساس، 31 مايو - 2 يونيو 1978، الصفحات  26-36.
• هامر، مايكل، ودينيس ماكلويد. "وصف قاعدة البيانات باستخدام SDM: نموذج قاعدة بيانات دلالي." معاملات ACM لأنظمة قواعد البيانات (TODS) 6.3 (1981): 351-86. على الإنترنت.

• البيانات المتعلقة بنموذج البيانات الدلالية في ويكي بيانات
• نمذجة البيانات الدلالية موقع تحية يوهان تير بيكي.
• التحليل التقني لطبقة نمذجة البيانات الدلالية في أدوات ذكاء الأعمال