Вопрос 7. Основные типы моделей информационных ресурсов
В силу сложности проблем управления и трудностей проведения экспериментов при принятии решений используется моделирование. Модель - это представление объекта, системы или идеи в некоторой форме, отличной от самого объекта. Главной особенностью модели является упрощение реальной ситуации, позволяет упростить проблему. Типы моделей: 1. физические модели - представляют собой увеличенную или уменьшенную копию объекта, выглядит как натуральный объект; 2. аналоговые модели - представляют исследователю модель аналогом, который ведет себя как реальный объект, но не выглядит как реальный объект (графики, схемы); 3. математические модели - описание свойств объекта с помощью математических символов: теория игр, теория математических моделей принятия решений в условиях неопределенности, в конфликтной ситуации; теория очередей (массового обсуждения); теория управления массовыми запасами; методы математического линейного программирования. Построение модели состоит из этапов: 1. постановка... остальная часть текста, формулы, таблицы, изображения скрыты.
Обзор основных моделей данных
Тремя основными типами моделей структурированных данных являются иерархическая, сетевая и реляционная. Первые две из них основаны на представлении информации об объектах в виде плоского графа.
Иерархическая модель
Иерархическая модель данных организует данные в виде древовидной структуры и является реализацией логических связей между данными типа родовидовых отношений или отношений "часть-целое". Примером простого иерархического представления может служить административная структура организации.
Элементы описания данных в этой модели такие же, как и в сетевой: простое поле, группа, запись, групповое отношение и БД. Существенное ее отличие от сетевой модели данных касается средств организации связей, а именно, допускаются связи между объектами модели в виде древовидной структуры.
Особенностью такого представления данных является наличие нескольких подчиненных уровней. В иерархической модели имеется корневой узел или корень дерева. Он располагается на 1-м, самом высоком уровне и не имеет узлов-предшественников. Остальные узлы называются порожденными и связаны между собой следующим образом: каждый узел имеет исходный, находящийся на вышестоящем уровне. На следующем уровне каждый узел может иметь более одного узла-потомка или не иметь потомков вовсе. Узлы, не имеющие порожденных, называются листьями. В иерархии рассматривают уровни, на которых расположен тот или иной узел или совокупность узлов.
Между исходным узлом и порожденными узлами по условию модели существует связь "один-ко-многим" (или "многие-к-одному").
К основным недостаткам иерархической модели можно отнести:
сложность отображения связи "многие-к-многим"
усложнение операции включения новых объектов и удаления устаревших объектов непосредственно в базе данных (в особенности обновление и удаление связей);
неоднозначность представления данных о предметной области.
Пример. Пусть требуется построить иерархическую модель о преподавателях, студентах и дисциплинах, которые преподаватели преподают, а студенты изучают.
Предположим, что каждый преподаватель может читать несколько дисциплин, а каждый студент также может изучать несколько дисциплин.
Один из возможных вариантов построения иерархической модели может быть таковым. Корневым узлом является студент (Номер студента, ФИО, Номер группы). Для каждого студента при данном представлении имеется экземпляр корневого узла. Преподаватель и дисциплина объединяются в один порожденный узел (Табельный номер преподавателя, ФИО, Ученое звание, Кафедра, Дисциплина, Дата экзамена, Оценка, Зачет).
При такой организации данных достаточно легко получать ответы на запросы типа "выдать информацию о сдаче экзаменов студентами по различным дисциплинам". Однако при ответе на вопрос, какие преподаватели принимают экзамены по ВТ, необходимо просмотреть все записи порожденных узлов для каждого корневого узла. Для этого вопроса более подходит модель, в которой корневым узлом является преподаватель (Табельный номер преподавателя, ФИО, ученое звание, кафедра), а порожденным является студент (номер студента, ФИО, номер группы, дисциплина, дата сдачи, оценка, зачет).
В первом варианте модели для каждого студента дублируется информация (в экземпляре порожденного узла) о преподавателях и дисциплине, а во втором - для каждого преподавателя о студентах. Отсюда возникают проблемы включения и удаления данных. Из принципа иерархии следует, что экземпляр порожденного узла не может существовать в отсутствие соответствующего ему экземпляра исходного узла. Таким образом, невозможно без привлечения дополнительных способов включить в базу данных информацию о преподавателях, которые не принимают экзамены (для первого варианта схемы). Чтобы соблюсти принцип иерархии, нужно сформировать, например, пустой исходный узел и породить еще проблему интерпретации нуль-значений.
Основной единицей обработки здесь является запись, к которой применимы операции ЗАПОМНИТЬ, МОДИФИЦИРОВАТЬ, УДАЛИТЬ, ИЗВЛЕЧЬ, НАЙТИ. В операциях создания и уничтожения связей для этой модели нет необходимости потому, что все связи предопределены заранее древовидной структурой отношений. Операция "найти" сводится к одной из трех процедур обхода дерева.
При использовании иерархической модели актуальной является проблема отслеживания связей, хотя и в более простом варианте. К возможным недостаткам иерархической модели можно отнести вероятную асимметрию отношений между сущностями предметной области БД и неудобство в отображении горизонтальных связей, которые нужно выражать через вертикальные связи.