Вопрос 22 - Модели данных
Модель данных (МД) - средство для определения логического представления физических данных, относящихся к некоторому приложению.
В зависимости от описываемых в схеме БД взаимосвязей и способов их представления различают три основных модели данных: иерархическую; сетевую; реляционную.
Иерархическая модель данных
Иерархическая древовидная структура строится из узлов и ветвей. Узел представляет собой совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект. Наибольший узел в иерархической структуре называется корнем. Зависимые узлы располагаются на более низких (корнях) уровнях дерева. Уровень, на котором находится данный узел, определяется расстоянием от корневого узла.
Каждый экземпляр корневого узла образует начало записи логической БД, т.е. иерархическая БД состоит из нескольких деревьев.
В иерархической модели данных узлы на уровне 2 называются порожденными узла на уровне1. Узел на уровне1 называется исходным для узлов на уровне2.
Иерархическая древовидная структура всегда удовлетворяет условиям:
Иерархия начинается с корневого узла.
Каждый узел состоит из одного или нескольких атрибутов, которые описывают объект в данном узле
На низких уровнях могут быть зависимые узлы. Зависимые узлы могут добавляться как в вертикальном так ив горизонтальном направлениях. Исключение – на уровне1 только один узел, который называется корневым.
Каждый узел, находящийся на уровне2 соединен узлом на уровне1. Каждый узел на уровне3 соединен узлом на уровне2. Т.к. между двумя узлами может существовать одно соединение, то дуги не нуждаются в метках.
Исходный узел может иметь в качестве зависимых один или несколько порожденных узлов. Если узел не имеет ни одного зависимого узла, то он не является исходным.
Доступ к каждому узлу , за исключением коневого, происходит через исходный
Возможно существование любого числа экземпляров узлов каждого уровня. Каждый экземпляр узла, за исключением корневого, соединен с экземпляром исходного узла, т.е. может существовать много экземпляров узла А.
Недостатки.
Из-за строгой иерархической упорядоченности модели значительно усложняются операции включения и удаления.
Особенности иерархической структуры обуславливают процедурность операции манипулирования данных. Прикладной программист должен планировать перемещения по БД-это усложняет программирование и обуславливает относительно невысокий уровень независимости данных от программ и программ от данных, т.к. в программе должна быть отражена структура БД.
Корневой тип узла является главным. Доступ к любому порожденному узлу возможен только через исходный.
Достоинства.
Наличие хорошо зарекомендованных себя СУБД.
Простота понимания и использования.
Простота оценки операционных характеристик благодаря заранее заданным взаимосвязям.
Сетевая модель данных (СМД).
С точки зрения теории графов СМД составляет произвольный граф. В узлах графа помещаются типы записей, а ребра интерпретируются как связи между типами записей.
Пример СМД.
В СМД любая запись может входить в любое число именованных связей, как каждая или порожденная, или как та и другая. Поэтому нет корневого узла, т.к. каждая вершина может быть определена как точка входа.
Прямоугольник служит для изображения типа записи, направляющие стрелки, соединяют два и более типов записей. Вся структура БД, как бы собирается из двух уровневых деревьев. Запись является корневой вершиной этого дерева, называется запись-владелец. Подчиненными ей вершинами - запись-член.
СМД позволяет взаимосвязь многие ко многим представить как связь один к одному или один ко многим.
Достоинства: Возможность простой реализации часто встречающихся в реальном мире взаимосвязь (N:M):
Недостатки: Сложность, прикладные программы должны достаточно знать логическую структуру БД, т.к. ему необходимо осуществлять навигацию среди различных экземпляров наборов и экземпляров записей. возможная потеря независимости данных при реорганизации.
Реляционная модель данных. (РМД)
Данные в РМД представляются в виде таблицы, которая называется отношением (реляция).
Каждый столбец таблицы является атрибутом. Значение в столбце выделяются из домена, т.е. домен-суть множества значений, которые может принимать некоторый атрибут.
Строки таблиц называются - картежами. Столбец или ряд столбцов называется - возможным ключом, если его (их) значение однозначно идентифицируют строки таблицы, отношение может иметь более одного ключа. В этом случае один из ключей рассматривается как первичный ключ.
Каждому отношению присуще следующее свойство:
Отсутствие одинаковых строк.
Порядок строк несущественен. Порядок столбцов несущественен, т. к. столбец имеет уникальное имя.
Все значения имеют атомарный характер, т.е. их нельзя разбивать.
Достоинства:
Простота. Пользователь работает с простой моделью данных. Он формулирует запросы в терминах информационного содержания и не должен принимать во внимание сложные аспекты системной реализации, конечные пользователи не имеют дело с физической структурой памяти. РМД легко ассоциируется с различными документами привычными и удобными для восприятия.
Непроцедурность запросов. Поскольку в РМД понятие навигации отсутствуют - запросы не сроятся на основе заранее определенной структуре, благодаря этому они могут быть сформулированы на непроцедурном языке.
Независимость данных. При использовании РМД интерфейс пользователя не связан с деталями физической структурой памяти и стратегией доступа.
Теоретическое обоснование РМД основана на хорошо проработанной теорией отношений или теорией реляционного исчисления. При проектировании БД применяются строгие методы, построенные на нормализации отношений.
Недостатки:
Низкая производительность.