Лекция 2

1.

Модели данных
1

2.

Модель данных – совокупность структур данных (типов
связей между данными) и операций их обработки.
Модель данных – формальная теория представления
и обработки данных, включающая методы описания
типов и логических структур данных (аспект структуры),
методы
манипулирования
данными
(аспект
манипуляции) и методы описания и поддержки
целостности данных (аспект целостности).
Модели данных
Иерархическая
Реляционная
Сетевая

3.

Иерархическая модель – это упорядоченный набор
веерных отношений (потомок-предок R S), в котором для
каждого потомка существует единственный предок.
Иерархическая модель позволяет строить БД с древовидной
структурой. Каждый узел содержит свой тип данных (сущность). На
верхнем уровне дерева имеется один
корневой узел, на
следующем уровне располагаются узлы, связанные с этим корнем,
затем узлы, связанные с узлами предыдущего уровня, и т. д.
Каждый узел может иметь только одного предка.
Поиск данных всегда начинается с корня. Затем производится
спуск с одного уровня на другой пока не будет достигнут искомый
уровень. Перемещения от одной записи к другой осуществляются с
помощью ссылок.
Достоинствами иерархической модели являются простота
описания иерархических структур реального мира, минимальный
объем, а также быстрое выполнение запросов, соответствующих
структуре данных.
Недостатки иерархической модели: содержит избыточные
данные (в разных группах одинаковые данные), нет полной
целостности модели, неудобно редактировать, так как любой поиск
нужно начинать с корня, неуниверальность.

4.

Организация данных в СУБД иерархического типа определяется в
терминах: элемент, агрегат, запись (группа), групповое отношение,
база данных.
• Атрибут (элемент данных) – наименьшая единица структуры
данных. Обычно каждому атрибуту при описании базы данных
присваивается уникальное имя. По этому имени к нему
обращаются при обработке. Атрибут также часто называют полем.
• Запись – именованная совокупность атрибутов. Использование
записей позволяет за одно обращение к базе получить некоторую
логически связанную совокупность данных. Именно записи
изменяются, добавляются и удаляются.
• Групповое отношение – иерархическое отношение между
записями двух типов. Родительская запись (владелец группового
отношения) называется исходной записью, а дочерние записи
(члены группового отношения) – подчиненными. Иерархическая
база данных может хранить только такие древовидные структуры.

5.

Корневая запись каждого дерева обязательно должна содержать
ключ с уникальным значением. Ключи некорневых записей должны
иметь уникальное значение только в рамках группового отношения.
Каждая запись идентифицируется полным сцепленным ключом,
под которым понимается совокупность ключей всех записей от
корневой по иерархическому пути.
Ранг – глубина дерева,
количество уровней дерева
(количество узлов предков,
имеющих потомков - 3)
ранг
При
графическом
изображении
групповые
отношения
изображают дугами ориентированного графа, а типы записей вершинами (диаграмма Бахмана).
Порядок – ширина дерева,
максимальное количество
элементов в (записи - 3)
порядок

6.

7.

Операции над данными, определенные в
иерархической модели:
•ДОБАВИТЬ в базу данных новую запись. Для корневой записи
обязательно формирование значения ключа.
•ИЗМЕНИТЬ значение данных предварительно извлеченной
записи. Ключевые данные не должны подвергаться изменениям.
•УДАЛИТЬ некоторую запись и все подчиненные ей записи.
•ИЗВЛЕЧЬ:
•извлечь корневую запись по ключевому значению, допускается
также последовательный просмотр корневых записей .
•извлечь следующую запись (следующая запись извлекается в
порядке левостороннего обхода дерева) .

8.

Ограничения целостности
Поддерживается только целостность связей между
владельцами и членами группового отношения (никакой
потомок не может существовать без предка). Как уже
отмечалось, не обеспечивается автоматическое поддержание
соответствия парных записей, входящих в разлные иерархии.

9.

Сетевая модель данных
Сетевая модель – это неупорядоченный набор веерных
отношений (потомок-предок).
В сетевой модели возможны связи всех информационных
объектов со всеми. Например, каждый преподаватель может
обучать много студентов и каждый студент может обучаться у
многих преподавателей.
На разработку стандарта сетевой модели данных большое
влияние оказал американский ученый Ч.Бахман (в середине 60-х
годов 20 века). Эталонный вариант сетевой модели данных описан в
отчетах рабочей группы по языкам баз данных (COnference on DAta
SYstem Languages) CODASYL (1971 г.).
Сетевая модель данных определяется в тех же терминах, что и
иерархическая. Она состоит из множества записей, которые могут
быть владельцами или членами групповых отношений. Связь между
между записью-владельцем и записью-членом также имеет вид 1:N.

10.

В сетевой модели каждый экземпляр группового отношения может
характеризоваться
следующими
признаками
упорядочения
подчиненных записей: произвольный; хронологический (очередь);
обратный хронологический (стек); сортированный.
Если запись объявлена подчиненной в нескольких групповых
отношениях, то в каждом из них может быть назначен свой способ
упорядочивания.

11.

Принято выделять три класса членства подчиненных записей
в групповых отношениях:
1. Фиксированное. Подчиненная запись жестко связана с
записью владельцем и ее можно исключить из группового
отношения только удалив. При удалении записи-владельца все
подчиненные записи автоматически тоже удаляются.
2. Обязательное. Допускается переключение подчиненной
записи на другого владельца, но невозможно ее существование
без владельца. Для удаления записи-владельца необходимо,
чтобы она не имела подчиненных записей с обязательным
членством.
3. Необязательное. Можно исключить запись из группового
отношения, но сохранить ее в базе данных не прикрепляя к
другому владельцу. При удалении записи-владельца ее
подчиненные записи - необязательные члены сохраняются в
базе, не участвуя более в групповом отношении такого типа.

12.

Операции над данными
• ДОБАВИТЬ - внести запись в БД и, в зависимости от режима
включения, либо включить ее в групповое отношение, где она
объявлена подчиненной.
• ВКЛЮЧИТЬ В ГРУППОВОЕ ОТНОШЕНИЕ - связать существующую
подчиненную запись с записью-владельцем.
• ПЕРЕКЛЮЧИТЬ - связать существующую подчиненную запись с
другой записью-владельцем в том же групповом отношении.
• ОБНОВИТЬ - изменить значение элементов предварительно
извлеченной записи.
• ИЗВЛЕЧЬ - извлечь записи последовательно по значению ключа, а
также используя групповые отношения.
• УДАЛИТЬ - убрать из БД запись.
• ИСКЛЮЧИТЬ ИЗ ГРУППОВОГО ОТНОШЕНИЯ - разорвать связь
между записью-владельцем и записью-членом.

13.

Ограничения целостности
Как и в иерархической модели, обеспечивается
только поддержание целостности по ссылкам
(владелец отношения - член отношения).
Достоинствами сетевой модели являются универсальность,
наличие алгоритмов поиска данных.
Недостатки сетевой модели: содержит избыточные данные и
связи, большой объем, нет полной целостности модели.

14.

Реляционная модель данных
Реляционная модель является удобной и наиболее
привычной формой представления данных в виде
таблицы.
В отличие от иерархической и сетевой моделей, такой
способ представления:
1) понятен пользователю-непрограммисту;
2) позволяет легко изменять схему — присоединять
новые элементы данных и записи без изменения
соответствующих подсхем;
3) обеспечивает необходимую гибкость при обработке
непредвиденных запросов. К тому же любая сетевая или
иерархическая схема может быть представлена
двумерными отношениями.

15.

Реляционная модель данных
Основными
понятиями,
с
помощью
которых
определяется реляционная модель, являются следующие:
домен, отношение, кортеж, кардинальность, атрибуты,
степень, первичный ключ.
Домен — это совокупность значений, из которой
берутся
значения
соответствующих
атрибутов
определенного отношения.
Первичный ключ — это столбец или некоторое
подмножество
столбцов,
которые
уникально,т.е.
единственным образом определяют строки. Первичный
ключ, который включает более одного столбца, называется
множественным, или комбинированным, или составным.
Правило целостности объектов утверждает, что первичный
ключ не может быть полностью или частично пустым, т. е.
иметь значение null.

16.

Реляционная модель данных
Остальные ключи, которые можно также использовать в
качестве первичных, называются потенциальными или
альтернативными ключами.
Внешний ключ — это столбец или подмножество одной
таблицы, который может служить в качестве первичного
ключа для другой таблицы. Внешний ключ таблицы
является ссылкой на первичный ключ другой таблицы.
Правило ссылочной целостности гласит, что внешний
ключ может быть либо пустым, либо соответствовать
значению первичного ключа, на который он ссылается.
Внешние ключи являются неотъемлемой частью
реляционной модели, поскольку реализуют связи между
таблица¬ ми базы данных.

17.

Реляционная модель данных

18.

Реляционная модель данных
Модель предъявляет
требования:
к
таблицам
следующие
1) данные в ячейках таблицы должны быть структурно
неделимыми;
2) данные в одном столбце должны быть одного типа;
3) каждый столбец должен быть
(недопустимо дублирование столбцов);
уникальным
4) столбцы размещаются в произвольном порядке;
5) строки размещаются в таблице также в произвольном
порядке;
6) столбцы имеют уникальные наименования.

19. Постреляционная модель данных

Постреляционная модель данных представляет собой расширенную
реляционную модель, снимающую ограничение неделимости данных,
хранящихся в записях таблиц. Постреляционная модель данных допускает
многозначные поля — поля, значения которых состоят из подзначений.
Набор значений многозначных полей считается самостоятельной таблицей,
встроенной в основную таблицу. Помимо обеспечения вложенности полей
постреляционная модель поддерживает ассоциированные многозначные
поля (множественные группы). Совокупность ассоциированных полей
называется ассоциацией. При этом в строке первое значение одного
столбца ассоциации соответствует первым значениям всех других столбцов
ассоциации. Аналогичным образом связаны все вторые значения столбцов
и т. д. На длину полей и количество полей в записях таблицы не
накладывается требование постоянства. Это означает, что структура данных
и таблиц имеют большую гибкость.
Достоинства: возможность представления совокупности связанных
реляционных таблиц одной постреляционной таблицей. Это обеспечивает
высокую наглядность представления информации и повышение
эффективности ее обработки.
Недостатки: постреляционной модели является сложность решения
проблемы обеспечения целостности и непротиворечивости хранимых
данных.