Case-based reasoning (CBR) has emerged as an alternative to rule-based techniques for the design of expert system. Generally, human designers appear to solve design problems not by reasoning from the primitive components available in the design domain, but by adapting the design cases of previously encountered artifacts. In this thesis, we describe an application of case-based reasoning methodology to the development of an expert system for relational database schema design.
Instead of maintaining only domain specific knowledge for vesigning a target application database, the proposed system, Design Expert System for Database Schema (DES-DS), relies on a hybrid case-base that consists of a Domain Dependent Case-Base (DDCB) and a Domain Independent Case-Base (DICB). With user's requirements, the system searches a DDCB for a similar case. If there is one, the system uses it to design a database schema with minimum user's interaction. When there is no similar case, the system uses cases in DICB to make a new schema in 3rd normal form with more user's interaction. Whenever a new schema is designed, it is added to the DDCB.
For this approach, we propose a relational conceptual graph (RCG) to represent the design specification of users' and each case in the case-base. For the design using DICB, we propose nine cases for normalizing the user's requirements and have shown how the DICB can be used to design a database schema, and can guarantee the schema to be in 3rd normal form. For the design using DDCB, we also explain how the DDCB can be used to design a similar application database. We propose the memory organization of DDCB as an abstraction hierarchy, and we identified cases and their features. The strategies for retrieving the relevant cases, for building a rough solution, for repairing the rough solution, and for learning cases are also described. It is also shown how the system works by using an example in designing for university administration application.
This system is particularly useful for naive users (non-experts) and experts who use it as a design support tool. An important finding is that case search space is very small in DICB because we were able to get 3rd normal form using only nine cases. The major contribution of this thesis, we believe, is the modeling of an expert system with case-based reasoning approach to database schema design automation. Since, we believe, many database schema design experts use their old experiences in various cases, this research can lead to more realistic solution for such expert system.
사례 기반 추론기법을 이용한 데이타베이스 구조 설계 전문가 시스템 사례 기반 추론 (Case-Based Reasoning) 기법은 전문가 시스템 설계를 위하여 보편적으로 활용되어온 규칙 기반 추론 (Rule-Based Reasoning) 기법의 대안으로 대두되고 있다. 일반적으로 설계자(Designer)는 설계영역내의 가용한 단위 구성품들을 대상으로 단순히 설계규칙을 적용하므로써 설계하기 보다는, 과거에 다루었던 유사한 사례를 우선적으로 참조하므로써 대부분의 설계문제를 추론기법을 이용한 관계형 데이타베이스 구조 설계 전문가 시스템의 개발방안에 관하여 기술하였다.
본 연구에서 제안한 시스템인 DES-DS(Design Expert System for Database Schema) 는 응용업무의 목표 데이타베이스를 설계하기 위하여 업무영역에 관한 구체적인 지식만을 유지하는 대신에, 영역 의존적 사례베이스(Domain Dependent Case-Base)와 영역 비의존적 사례베이스(Domain Independent Case-Base)로 구성된 혼합 사례베이스를 이용한다. 시스템은 사용자의 요구사항과 유사한 사례를 우선적으로 영역 의존적 사례베이스에서 탐색하여, 유사한 사례가 있는 경우에는 최소한의 사용자 질의/응답을 통하여 데이타베이스 구조를 설계한다. 유사한 사례가 영역 의존적 사례베이스에 없는 경우에는 영역 비의존적 사례베이스를 이용하여, 사용자와 보다 많은 질의/응답을 통하므로써 제 3 정규형 (Third Normal Form)을 만족하는 새로운 구조를 설계한다.
본 논문에서는 사용자의 설계사양과 사례베이스내의 각 사례를 표현하기 위한 방법으로서 관계적 개념 그래프(Relational Conceptual Graph)를 정의, 제안하였다. 영역 비의존적 사례베이스를 이용한 설계를 위하여, 사용자의 요구사항을 정규화하기 위한 9개의 규칙사례를 제시하였으며, 이 사례들이 제 3 정규형을 보장하는 구조의 설계에 적용되는 과정을 보였다. 영역 의존적 사례베이스를 이용한 설계를 위하여, 추상화 계층구조(Abstraction Hierarchy)를 갖는 영역 의존적 사례베이스의 구조와 사례의 구성 및 특성을 식별하였으며, 사례 검색방법, 개략 설계안 작성, 개략 설계안의 보완방법과 사례의 학습방법 등을 제시하였다. 본 논문에서는 대학 행정관리 데이타베이스 설계에 관련된 간단한 예를 사용하여 설계과정을 보였다.
이 시스템은 특히 비전문가에게 유용하며, 데이타베이스 설계 전문가에게는 설계 지원도구로서 사용될 수 있다. 영역 의존적 사례베이스를 이용한 설계에서 9개의 규칙 사례만으로 제 3 정규형의 구조 설계가 가능하였다. 본 연구를 통하여 데이타베이스 설계 자동화 분야에 사례 기반 추론기법이 활용될 수 있음을 보였다. 특히, 설계 전문가들은 과거의 다양한 설계 경험을 이용하여 데이타베이스 구조를 설계한다는 관점에서 설계 전문가 시스템 개발에 사례 기반 추론기법을 적용하는 것은 보다 현실적인 해결책이 될 것이다.
