Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Темой данного дипломного проекта является создание веб-сервиса для построения генеалогических деревьев, а именно разработка и реализация серверной компоненты.

Развитие современных информационных технологий и методов теории графов (см. [1]) повлекло за собой существенное продвижение в различных областях знаний, в частности, в области генеалогии (см. [2]). В результате этого началось активное развитие сервисов, пользующихся спросом как у профессионалов, так и у любителей, желающих систематизировать всю известную информацию о своих родственниках и наглядно представить эту информацию в виде генеалогического дерева.

Существует большое количество разного рода средств, предназначенных для построения генеалогических деревьев. Данные средства подразделяются на два основных вида: локальные программы и веб-сервисы. Применение локальных программ затрудняет обмен собранной информацией с другими пользователями (родственниками). В веб-сервисах эта проблема исчезает, но проявляется ряд других недостатков, таких как отсутствие импорта и экспорта данных, отсутствие системы прав доступа к деревьям пользователя, ограничения функциональности в бесплатном режиме и другие.

В этой связи становится необходимым создание бесплатного веб-сервиса для построения генеалогических деревьев с возможностью хранения и отображения различной пользовательской информации.

Целью дипломной работы является разработка и реализация ключевых компонентов системы создаваемого веб-приложения, на которых будет основана работа всего сервиса для построения генеалогических деревьев.

Стоит отметить, что данная цель является локальной относительно цели создания всего веб-приложения, а работа является частью комплексного проекта, выполняемого тремя студентами гр. 9208.

Цель дипломного проекта формирует следующий список взаимосвязанных работ:

- исследование предметной области;

- поиск и рассмотрение существующих аналогов разрабатываемого сервиса, выявление их достоинств и недостатков;

- составление общих и функциональных требований;

- исследование и выбор оптимальных средств разработки для решения поставленной задачи;

- изучение выбранных программных средств;

- разработка и реализация архитектуры системы хранения данных;

- разработка и реализация интерфейса для доступа к хранимым данным;

- разработка и реализация системы разграничения прав доступа для разных групп пользователей;

- разработка и реализация вычисления степеней родства между двумя персонами в генеалогическом дереве;

- отладка и тестирование разработанного сервиса;

- анализ и оценка полученных результатов.

Для проведения работ решено использовать: операционную систему Linux Ubuntu, систему контроля версий Git, язык программирования Python, фреймворк Django, объектно-реляционную СУБД PostgreSQL, документо-ориентированную СУБД CouchDB, скриптовый язык программирования JavaScript, инструмент управления проектами и отслеживания ошибок в программном обеспечении Trac, текстовый редактор Jedit.

1. Постановка задачи

1.1 Общее описание создаваемого сервиса

Создаваемый веб-сервис предназначается для пользователей сети интернет, интересующихся историей своего рода, собирающих сведения о своих предках, и желающих разобраться в родственных связях, а также привлечь к этому своих близких.

Функции, выполняемые сервисом в интересах пользователя:

а) построение и печать родословных деревьев;

б) импорт и экспорт данных;

в) вычисление и отображение степеней родства между двумя персонами в генеалогических деревьях;

г) хранение мультимедийных данных:

1) текст,

2) фотографии;

д) поиск и фильтрация данных;

е) статистика:

1) количество персон,

2) количество мужчин,

3) количество женщин,

4) число поколений,

5) средняя продолжительность жизни,

6) число детей.

Все эти функции доступны пользователю сервиса в личном кабинете - разделе, который доступен только для зарегистрированных пользователей. Личный кабинет позволяет авторизированным пользователям быстро и удобно получать доступ к таким функциям, как работа с генеалогическими деревьями, редактирование личной информации, обмен сообщениями с другими пользователями, хранение мультимедиа-файлов и так далее.

1.2 Суть задачи

сервис генеалогическое дерево

Задача дипломного проекта - создать веб-сервис для построения генеалогических деревьев. Поставленная задача разбивается на следующие подзадачи:

- разработка и реализация серверной части сервиса;

- разработка и реализация клиентской части сервиса, которая будет предоставлять пользователям возможность создания и редактирования генеалогических деревьев;

- разработка и реализация возможностей импорта и экспорта данных.

Комплексный проект создания веб-сервиса для построения генеалогических деревьев инициирован группой студентов. Его окончательная формулировка и формулировка конкретных задач проведена совместно с научным руководителем.

Задачей данной дипломной работы является разработка и реализация ключевых компонентов системы создаваемого веб-сервиса, на которых будет основана работа всего сервиса для построения генеалогических деревьев. В эту задачу входят такие обширные подзадачи, как:

а) разработка и реализация базы данных для хранения всей получаемой от пользователей информации и всех данных проекта. Для решения этой подзадачи необходимо:

- исследовать существующие реляционные и нереляционные базы данных, их характеристики и главные достоинства;

- выбрать наиболее оптимальные СУБД для хранения данных проекта;

- разработать и реализовать архитектуру баз данных;

- реализовать возможность взаимодействия между выбранными базами данных.

б) разработка и реализация интерфейса для доступа к хранимым данным. В интерфейсе необходимо предоставить стандартный набор операций над данными:

- запись;

- чтение;

- редактирование;

- удаление.

в) авторизация зарегистрированных в сервисе пользователей;

г) разработка и реализация разграничения прав доступа для разных групп пользователей;

д) вычисление и отображение степеней родства между любыми двумя персонами в одном дереве.

1.3 Аналоги

В качестве аналогов рассмотрены такие существующие в настоящее время веб-сервисы для построения генеалогических деревьев, как:

а) сервис «Genway - больше, чем семья!» (см. [3]);

б) сервис «Moederevo» (см. [4]);

в) сервис «MyHeritage» (см. [5]).

Далее проанализируем достоинства и недостатки перечисленных аналогов.

1.3.1 Сервис «Genway - больше, чем семья!»

Сервис «Genway - больше, чем семья!» содержит графический редактор для построения генеалогических деревьев, обладает приятным дизайном и предоставляет возможность отметить местонахождение человека на карте.

В качестве недостатков сервиса можно отметить следующее:

- сложный интерфейс, неудобное расположение элементов управления;

- возможность строить некорректные деревья;

- отсутствие контроля приватности данных;

- отсутствие импорта и экспорта дерева.

1.3.2 Сервис «Moederevo»

Сервис «Moederevo», помимо графического редактора для построения деревьев и интуитивно понятного интерфейса, предоставляет возможность печати дерева. Но существенными недостатками являются отсутствие контроля приватности данных и отсутствие возможности импорта и экспорта генеалогических деревьев.

1.3.3 Сервис «MyHeritage»

В качестве достоинств сервиса «MyHeritage» отметим следующее:

- графический редактор для составления дерева;

- интуитивно понятный интерфейс;

- возможность печати дерева;

- разнообразие стилей и настроек вида дерева;

- приятный дизайн.

Существенным недостатком данного сервиса является отсутствие возможности импорта и экспорта генеалогических деревьев.

В таблице 1 представлен сравнительный анализ перечисленных выше веб-сервисов для построения генеалогических деревьев.

Таблица 1

Сравнительный анализ веб-сервисов для построения генеалогических деревьев

	«Genway - больше, чем семья»	«Moederevo»	«MyHeritage»
Приятный дизайн	да	да	да
Интуитивно понятный интерфейс	нет	да	да
Графический редактор	да	да	да
Контроль приватности данных	нет	нет	да
Возможность импорта и экспорта данных	нет	нет	нет
Возможность печати дерева	нет	да	да

Подводя итог проведенному анализу существующих в настоящее время веб-сервисов для построения генеалогических деревьев можно сказать, что одним из крупнейших в сети интернет генеалогическим ресурсом является сервис «MyHeritage». Существенным недостатком данного сервиса является ограниченные возможности в бесплатном режиме (ограниченное количество родственников в дереве, ограниченное количество доступного места для хранения мультимедийных данных). Ни один из рассмотренных ресурсов не поддерживает импорт и экспорт данных, то есть не предоставляет пользователю возможности сохранить свои наработки вне сервиса.

Создаваемый сервис разрабатывается с целью устранения найденных недостатков, не забывая про имеющиеся достоинства перечисленных сервисов.

1.4 Выбранные программные средства

Для реализации сервиса основным языком разработки выбран язык Python (см. [6]).

Язык Python - это стабильный и распространённый высокоуровневый язык программирования с акцентом на производительность разработчика и читаемость кода; язык общего назначения с широким спектром возможного применения, выразительным синтаксисом и приемлемой производительностью. Недостаток языка - относительно невысокая скорость выполнения программ - компенсируется уменьшением времени разработки программы. В среднем, программа, написанная на Python, в 2-4 раза компактнее, чем её аналог на C++ или Java.

В качестве каркаса приложения выбран фреймворк Django (см. [7]). Django (Джанго) - свободный фреймворк для веб-приложений на языке Python.

Для хранения данных проекта решено использовать два типа СУБД: реляционную и нереляционную базы данных (см. [8]). Такой выбор основан на необходимости хранения разнородных данных. Реляционная база данных хранит данные, удобно представимые в табличном виде: данные о пользователях, данные о географическом расположении пользователей, о правах доступа, о мультимедийных данных. Для хранения данных о генеалогических деревьях используется документо-ориентированная база данных.

1.4.1 Выбор реляционной базы данных

В качестве реляционных баз данных рассматривались две наиболее популярные реляционные базы данных с открытым исходным кодом: MySQL и PostgreSQL.

Каждая база имеет свои особенности и отличия. Если необходимо быстрое хранилище для простых запросов с минимальной настройкой, лучше выбирать MySQL. Если необходимо надежное хранилище для большого объема данных с возможностью расширения, репликации, полностью соответствующее современным стандартам языка SQL (см. [9]), рекомендуется использовать PostgreSQL.

MySQL хорошо использовать для простых запросов с отключенными транзакциями, в то время как PostgreSQL может поддерживать более серьезную нагрузку и сложные запросы параллельно с записью в базу данных. Ниша, которую занимает PostgreSQL, более широкая, и потенциал у PostgreSQL выше. Ниша MySQL скромнее, MySQL оправдывает себя как хранилище для некритичных по нагрузке и производительности баз данных.

Основное преимущество PostgreSQL - безопасное и защищённое хранилище данных. В качестве полнофункциональной, свободной реляционной БД (RDBMS), PostgreSQL обладает многими характеристиками, спроектированными для поддержки критически-важных приложений с большим потоком транзакций.

В силу всего вышеперечисленного, в качестве реляционной базы данных решено использовать PostgreSQL (см. [10]).

1.4.2 Выбор нереляционной базы данных

В качестве нереляционной базы данных выбрана база CouchDB (см. [11]).

Основные характеристики этой базы:

- данные сохраняются не в строках и колонках, а в виде JSON-подобных документов, моделью которых является не таблицы, а деревья;

- целостность базы данных обеспечивается исключительно на уровне отдельных записей (но не на уровне связей между ними);

- для построения индексов и выполнения запросов используются функции представления;

- функции-валидаторы, функции-представления, функции-фильтры сохраняются в текстовом виде в самой базе данных;

- каждой базе данных в системе CouchDB соответствует единственное В-дерево; каждое B-дерево хранится в виде отдельного файла на диске;

- поддерживается вертикальная масштабируемость, что означает поддержку как огромных кластеров, так и портативных устройств.

Для манипуляций с данными используется JavaScript - объектно-ориентированный скриптовый язык программирования (см. [12]).

2. Описание базы данных

2.1. Реляционная база данных

Спроектирована реляционная база данных, состоящая из десяти таблиц (см. [13]).

2.1.1 Концептуальная схема базы данных

Концептуальная схема базы данных, отображающая взаимосвязи между таблицами, представлена на рис. 2.1.:

Рис. 2.1. Концептуальная схема базы данных

2.1.2 Описание назначения таблиц

Приведем описание таблиц:

- user - таблица хранит данные о пользователях (табл. 2.1.);

- region - таблица с названиями регионов (пример: Новосибирская область) (табл. 2.2.);

- region_area - таблица с названиями районов региона, пример: Коченевский район (Новосибирская область, Коченевский район) (табл. 2.3.);

- city - таблица с названиями городов/сел/поселков, принадлежащих району региона, пример: с. Прокудское (Новосибирская область, Коченевский район, с. Прокудское) (табл. 2.4.);

- city_area - таблица с названиями районов города, пример: Ленинский (Новосибирск, Ленинский район) (табл. 2.5.);

- media - таблица для хранения информации о мультимедийных данных (табл. 2.6.);

- photo - таблица для связи пользователей и фотографий, на которых они отмечены (табл. 2.7.);

- privilege - таблица для хранения информации о правах пользователей на генеалогические деревья других пользователей (табл. 2.8.);

- album - таблица для хранения информации о альбомах, предназначенных для хранения фотографий (табл. 2.9.);

- media_to_album - таблица для хранения связей между фотографиями и альбомами (табл. 2.10.).

С описанием структур перечисленных выше таблиц можно ознакомиться в Приложении А.

2.2 Нереляционная база данных

2.2.1 Описание структуры документов

Нереляционная база данных будет хранить документы следующего вида:

tree = {

families: [

FAMILY_0,

...,

FAMILY_N,

],

peoples: [

PEOPLE_0,

...,

PEOPLE_N,

],

owner_id: int,

create_date: date,

update_date: date,

revision: string,

},

где для упрощения представления вынесем отдельно описание FAMILY_K и PEOPLE_K:

- FAMILY_K = {"id": int, "hasbent": int, "wife": int, "children": list, "parent_families": list, "child_families": list}

- PEOPLE_K = {"id": int, "lastname": string, "name": string, "patronymic": string, "sex": string, "birthday": date, "deathdate": date, "parent_families": list, "self_families": list}

2.2.2 Описание назначения полей в документе

В документе будет храниться следующая информация о дереве:

- "owner_id": совпадает с id пользователя -- создателя дерева;

- "create_date": содержит информацию о дате создания дерева;

- "update_date": содержит информацию о дате последнего изменения дерева;

- "revision": хранит идентификатор текущей ревизии;

- "families": коллекция семей, участвующих в дереве;

- "peoples": коллекция персон, участвующих в дереве.

Описание FAMILY_K:

- "id": хранит id семьи;

- "hasbent": хранит id персоны, которая является мужем семьи;

- "wife": хранит id персоны, которая является женой семьи;

- "children": хранит список, состоящий из id персон, являющихся детьми семьи;

- "parent_families": хранит список, состоящий из id семей, являющихся родительскими по отношению к мужу и жене семьи;

- "child_families": хранит список, состоящий из id семей, которые были образованы детьми семьи.

Описание PEOPLE_K:

- "id": хранит id персоны;

- "lastname": хранит фамилию персоны;

- "name": хранит имя персоны;

- "patronymic": хранит отчество персоны;

- "sex": хранит пол персоны;

- "birthday": хранит дату рождения персоны;

- "deathdate": хранит дату смерти персоны;

- "parent_families": хранит список, состоящий из id семей, являющихся родительскими по отношению к персоне;

- "self_families ": хранит список, состоящий из id семей, которые были образованы персоной.

3. Описание реализации работы с данными

3.1 Структура классов для манипуляции с данными

Для манипуляции с данными используются следующие классы:

а) class User (login, password, firstname, lastname, patronymic, phone, email, sex, birthday, deathday, city_id, city_area_id, address, registration_date, update_data, ip_info) - используется для записи данных в таблицу 'user';

б) class Region (title) - используется для записи данных в таблицу 'region';

в) class RegionArea (title, region_id) - используется для записи данных в таблицу 'region_area';

г) class City (title, region_area_id) - используется для записи данных в таблицу 'city';

д) class CityArea (title, city_id) - используется для записи данных в таблицу 'city_area';

е) class Media (type, title, path, owner_id) - используется для записи данных в таблицу 'media';

ж) class Photo (media_id, user_id, rectangle) - используется для записи данных в таблицу 'photo';

з) class Privilege (document_id, owner_id, user_id, privilege) - используется для записи данных в таблицу 'privilege';

и) class Album (owner_id, avatar_id, title, create_date, update_date) - используется для записи данных в таблицу 'album';

к) class MediaToAlbum (album_id, media_id) - используется для записи данных в таблицу 'media_to_album';

л) class DatabaseConnection(address, user, password) - используется для установки соединения с нереляционной базой данных;

м) DatabaseManager(connection, db_name) - используется для создания запросов к нереляционной базе данных.

3.2. Разграничение прав доступа к данным

Для решения задач проекта необходимо реализовать две системы прав доступа. Первая система прав доступа будет отвечать за разграничение прав доступа к ресурсам сервиса, а вторая - за разграничение доступа к пользовательским данным.

3.2.1 Система прав доступа к ресурсам сервиса

Существуют три роли пользователей:

а) незарегистрированные пользователи;

б) зарегистрированные пользователи;

в) администраторы.

Незарегистрированные пользователи имеют доступ к:

- главной странице,

- странице регистрации,

- страницам пользователей, разрешивших полный доступ к своим данным.

Зарегистрированные пользователи имеют доступ к:

- главной странице,

- странице регистрации,

- страницам пользователей, разрешивших полный доступ к своим данным,

- страницам пользователей, разрешивших доступ к своим данным этому пользователю.

Администраторы имеют доступ как к вышеперечисленным данным, так и к интерфейсу администратора.

3.2.2 Система прав доступа к пользовательским данным

Система прав доступа к пользовательским данным базируется на трех операциях:

а) отсутствие доступа;

б) доступ на чтение;

в) доступ на запись.

Права доступа могут быть назначены пользователю или группе пользователей. При этом права, назначенные пользователю, имеют более высокий приоритет.

3.3 Вычисление степеней родства

Степени родства между персонами в одном генеалогическом дереве должны определяться в двух случаях:

а) определение кровности родства между двумя персонами в одном генеалогическом дереве;

б) определение в дереве всех персон с заданным типом родственной связи для некоторой выбранной персоны.

Задача определения кровного или некровного родства между двумя персонами в дереве была решена поиском пути, в котором все родственники между этими персонами являются кровными друг другу. Если такой путь существует, то родственники являются кровными. Если такой путь отсутствует, родство является некровным.

Определение в одном дереве всех персон с заданным типом родственной связи для некоторой выбранной персоны реализуется по набору существующих названий отношений между родственниками. Для этого разработан набор терминов родственных связей, с которым можно ознакомиться в Приложении Б. Выбрав некоторую персону в генеалогическом дереве и тип родственной связи из данного набора, можно получить всех персон в этом дереве, которые связаны с выбранной персоной выбранным типом родственного отношения. Например, для любой персоны дерева можно получить всех братьев или всех бабушек этой персоны.

Заключение

В результате проделанной работы полностью реализован запланированный объём работы, включающий в себя реализацию системы хранения данных проекта, реализацию системы разграничения прав доступа к ресурсам сервиса и реализацию возможности определения родства между персонами генеалогического дерева.

Разработанный сервис имеет практическую ценность для работы с генеалогическими деревьями в веб-среде.

Для достижения поставленной цели проделаны следующие виды работ:

- исследована предметная область;

- найдены и исследованы существующие аналоги;

- составлены общие и функциональные требования;

- исследованы возможные средства разработки для решения поставленной задачи;

- выбраны и изучены средства разработки: объектно-реляционная СУБД PostgreSQL, документо-ориентированная СУБД CouchDB, язык программирования Python, фреймворк Django, язык программирования JavaScript;

- разработана и реализована архитектура реляционной базы данных;

- разработана и реализована архитектура нереляционной базы данных;

- разработан и реализован интерфейс для доступа к хранимым данным;

- разработана и реализована система разграничения прав доступа для разных групп пользователей;

- разработано и реализовано вычисление степеней родства между двумя персонами в генеалогическом дереве;

- проведена отладка и тестирование разработанного сервиса.

Направлениями будущей деятельности являются разработка методов для определения возможного родства между зарегистрированными пользователями и определения названий родственных связей между любыми двумя выбранными персонами в одном генеалогическом дереве, а также более углубленное исследование вопроса безопасности данного сервиса с разработкой методов обеспечения защищенности системы.

Литература:

1. Ф. Харари. Теория графов = Graph Theory / пер. с англ. В. Козырев. - М.: Либроком, 2009. - 302 с.;

2. Кочевых, Сергей Владимирович. Методическое пособие по проведению генеалогических разысканий. Основы генеалогической культуры. - СПб.: 2006. - 80 с.;

3. Genway -- больше, чем семья: [Электрон. Ресурс]. - http://www.genway.ru [30.05.12];

4. Moederevo.com: [Электрон. Ресурс]. - http://moederevo.com [30.05.12];

5. MyHeritage.com: [Электрон. Ресурс]. - http://www.myheritage.com [30.05.12];

6. Дэвид М. Бизли. Python. Подробный справочник, 4-е издание. - пер. с англ. А. Киселёв. - СПб.: Символ-Плюс, 2010. - 864 с.;

7. А. Головатый. Django. Подробное руководство = The Definitive Guide to Django / пер. с англ. А. Киселев. - СПб.: Символ-Плюс, 2010. - 560 с.;

8. В.Ю. Пирогов. Информационные системы и базы данных. Организация и проектирование. -- СПб.: ХВ-Петербург, 2009. -- 528 с.;

9. Кевин Е. Кляйн. SQL. Справочник = In a Nutshell: A Desktop Quick Reference / пер. с англ. А. Слинкин, Е. Демьянов. - СПб.: Символ-Плюс, 2010. - 656 с.;

10. Gregory Smith. PostgreSQL 9.0 High Performance. - Packt Publishing, 2010. - 468 с.;

11. J. Chris Anderson. CouchDB: The Definitive Guide . - O'Reilly Media, 2010. - 250 c.;

12. Дэвид Флэнаган. JavaScript. Подробное руководство = JavaScript: The Definitive Guide / пер. с англ. А. Киселев. - 5-е изд. - СПб.: Символ-Плюс, 2009. - 992 с.;

13. Джен Л. Харрингтон. Проектирование реляционных баз данных = Relational Database Design / пер. с англ. И. Дранишников. - М.: Лори, 2006. - 230 с.

Размещено на Allbest.ru