Применение универсальной модели данных в теоретическом материаловедении для хранения кристаллохимической информации

Abstract

Специалистам-исследователям в области теоретической кристаллохимии необходимо получать и обрабатывать достоверную и полную информацию о химических объектах различной природы и их исследуемых или прогнозируемых свойствах. Одной из основных проблем, возникающих при работе с неструктурированными или слабоструктурированными данными, является проблема потери соответствия между источником данных и приложениями, с которыми он взаимодействует. Чаще всего это выражается в наличии двух разных представлений данных на уровне системы хранения и программного слоя доступа, требующих взаимной трансляции. Рассматриваемый в статье уровень абстракции позволяет избежать подобного несоответствия и хранить в базе данных, поддерживающей универсальную модель, информацию любого типа и любого уровня сложности. Представленные в работе элементарные примитивы для описания объектов и взаимоотношений между ними формируют концептуальную метамодель. Они создают базовый каркас понятий общий для системы хранения данных и приложений, которые с ней работают. Например, понятийный аппарат в материаловедении тесно связан с пределениями из теории графов посредством которых можно описывать кристаллохимические данные. Эта взаимосвязь позволяет, применяя взаимодополняющие понятия из области химии и дискретной математики, описывать как простые элементы кристаллохимических данных, такие как атомы и их связи, так и более сложные конструкции с возможностью проведения их последующей декомпозиции или классификации. Все это предоставляет возможность для использования различных методологических подходов при обработке и хранении данных в процессе исследований. Specialists in a theoretical crystal chemistry need to obtain and process relevant and complete information about the objects of the different nature and their investigated or predicted properties. The main problem of unstructured data is the mismatch between data source and applications, which with it interacts. Most often, there are two different data representations of the database level and the data access layer requiring the special translation. The abstraction layer considered in the article allows avoiding such mismatch. It allows to store in the database supporting the universal data model, information of any type and complexity. The elementary primitives provided in article for the description of objects and relationships create a conceptual meta-model. They build the basic framework of concepts common to the database and applications that work with it. For example, the conceptual framework in materials science is connected to definitions of graph theory that allows one to describe crystal-chemical data using graph abstractions. With interrelated concepts from chemistry and discrete mathematics, we can describe the basic objects, such as atom or bond as well as more difficult objects. This provides the ability to use different methodological approaches in the processing and storage of data during research process.