Сетевая модель

Сетевая модель данных позволяет отображать разнообразные взаимосвязи элементов данных в виде произвольного графа (не обязательно дерева), обобщая тем самым иерархическую модель данных. При этом в сетевой модели ребра графа являются ориентированными (т.е. линиями со стрелкой, идущими от предка к потомку). Стандарт сетевой модели впервые был определен в 1975 году организацией CODASYL (Conference of Data System Languages), которая определила базовые понятия модели и формальный язык описания.

Для описания схемы сетевой БД используются термины «запись» и «связь». «Связь» (направленная стрелка) определяется для «записей»: предка и потомка. Разумеется, записи и связи так же, как и в иерархической модели, могут иметь много экземпляров.

Сетевая БД состоит из набора записей и набора соответствующих связей. На формирование связи особых ограничений не накладывается. Если в иерархических структурах запись-потомок могла иметь только одну запись-предка, то в сетевой модели данных запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков.

Пример схемы простейшей сетевой БД показан ниже (типы связей здесь обозначены надписями на соединяющих типы записей линиях).

Пример схемы сетевой БД

Физическое размещение данных в базах сетевого типа может быть организовано практически теми же методами, что и в иерархических базах данных.₍

К числу важнейших операций манипулирования данными баз сетевого типа можно отнести следующие: поиск записи в БД; переход от предка к первому потомку; переход от потомка к предку; создание новой записи; удаление текущей записи; обновление текущей записи; включение записи в связь; исключение записи из связи; изменение связей и т. д.

Достоинством сетевой модели данных является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности. В сравнении с иерархической моделью сетевая модель предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.

Недостатком сетевой модели данных является высокая сложность и жесткость схемы БД, построенной на ее основе, а также сложность для понимания и выполнения обработки информации в БД обычным пользователем. Кроме того, в сетевой модели данных ослаблен контроль целостности связей вследствие допустимости установления произвольных связей между записями.

Системы на основе сетевой модели не получили широкого распространения на практике.

Реляционная модель

Реляционная модель данных предложена сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом в 1969—1970 гг. на основе математической теории отношений (отношение по-английски relation, отсюда и название модели).

Рассмотрим основные понятия теории отношений. Пусть имеется п множеств, называемых в реляционной модели доменами: Dl, D2,..., Dn (п > 1). n-арным отношением на этих множествах называют любую совокупность упорядоченных наборов вида (dl_j , d2_j, ... , dn_J}), где dl_j еcть элемент множества Dl, d2_j еcть элемент множества D2, и так далее, dn_j ecть элемент множества Dn. Например, если D1 есть совокупность фамилий, имен и отчеств студентов некоторой группы, D2 — совокупность учебных дисциплин, a D3 — совокупность оценок (например, {5, 4, 3, 2} или {отлично, хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно}), то 3-арное отношение (или отношение арности 3, или отношение ранга 3, или отношение степени 3) на множествах Dl, D2, D3 представляет собой результаты экзаменов в группе:

(Иванов Иван Иванович, Информатика, хорошо)

(Иванов Иван Иванович, Экономика, отлично)

……………

(Петров Петр Петрович, Информатика, удовлетворительно)

(Петров Петр Петрович, Экономика, хорошо)

Очевидно, такое отношение не обязательно содержит все сочетания «студент — учебная дисциплина», т. е. может (и должно) отражать текущее состояние экзаменационной сессии.

Отношение наглядно изображается в виде таблицы (назовем ее «Экзамен»), в которой количество колонок равно арности (рангу, степени) отношения, их наименования (атрибуты отношения) соответствуют доменам отношения, а строки таблицы представляют собой элементы отношения:

Экзамен

ФИО студента	Учебная дисциплина	Оценка
Иванов Иван Иванович	Информатика	хорошо
Иванов Иван Иванович	Экономика	отлично
Петров Петр Петрович	Информатика	удовлетворительно
Петров Петр Петрович	Экономика	хорошо

Данная таблица обладает рядом специфических свойств:

• в таблице нет двух одинаковых строк;

• все строки таблицы имеют одинаковую структуру;

• таблица имеет столбцы, соответствующие атрибутам отношения;

• каждый атрибут в отношении имеет уникальное имя;

• порядок строк в таблице произвольный.

Строки отношения иногда называют кортежами. Следует отметить, что в отношении не может быть одинаковых кортежей (строк) — это следует из математического определения отношения как подмножества так называемого декартова произведения доменов Dl x D2 х ... х Dn, т. е. совокупности всех упорядоченных наборов из n элементов вида (dl_i d2_i, ... , dn_i;), где dl_i;есть элемент множества Dl, d2_i; есть элемент множества D2, и так далее, dn_i есть элемент множества Dn.

В соответствии со свойствами отношений два отношения, отличающиеся только порядком строк или порядком столбцов, будут интерпретироваться в рамках реляционной модели как одинаковые.

Любое отношение является моделью некоторого реального объекта внешнего мира (в рассмотренном нами примере — результатов экзаменационной сессии студенческой группы).

С помощью одной таблицы удобно описывать простейший вид связей между данными, а именно: деление одного объекта (явления, сущности, системы и проч.), информация о котором хранится в таблице, на множество подобъектов, каждому из которых соответствует строка или запись таблицы. При этом каждый из подобъектов имеет одинаковую структуру или свойства, описываемые соответствующими значениями полей записей.

Достоинство реляционной модели данных заключается в простоте, понятности и удобстве физической реализации на ЭВМ. Именно простота и понятность для пользователя явились основной причиной их широкого использования. Проблемы же эффективности обработки данных этого типа оказались технически вполне разрешимыми.

Основными недостатками реляционной модели являются следующие: отсутствие стандартных средств идентификации отдельных записей и сложность описания связей иерархического и сетевого типа.