Иерархические базы данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен ниже на рисунке 1. К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. Узел ? это совокупность атрибутов данных, описывающих некоторый объект.

На схеме иерархического дерева узлы представляются вершинами графа.

Рис. 1 Иерархического дерева.

Каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне. Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную никакой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчинённые) узлы находятся на втором, третьем и так далее. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле.

Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю.

Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента ? это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных. Иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам ? типы связей предок ? потомок. В иерархических структуpax сегмент ? потомок должен иметь в точности одного предка.

Иерархическая модель представляет ? связный неориентированный гpaф древовидной структуры, объединяющий сегменты.

Иерархическая база данных состоит из упорядоченного набора деревьев.

Иерархия всегда начинается с корневой вершины (или главного узла).

Исходный узел, из которого строится дерево, называется корневым узлом или просто корнем, причем одно дерево может иметь только один корень.

Узел может содержать один или несколько атрибутов, описывающих находящийся в нем объект.

Порожденные узлы могут встраиваться в «дерево» как в горизонтальном направлении, так и в вертикальном.

Доступ к порожденным узлам возможен только через исходный узел, поэтому существует только один путь доступа к каждому узлу.

Достоинством модели является простота ее построения, легкость понимания сути принципа иерархии, наличие промышленных СУБД, поддерживающих данную модель. Недостатком является сложность операций по включению в иерархию информации о новых объектах базы данных и удалению устаревшей информации. Сетевая модель описывает элементарные данные и отношения между ними в виде ориентированной сети. Это такие отношения между объектами, когда каждый порожденный элемент имеет более одного исходного и может быть связан с любым другим элементом структуры.

Например, в структуре управления учебным заведением порожденный элемент «Студент» может иметь не один, а два исходных элемента: «Студент ? Учебная группа», и «Студент ? Комната в общежитии». Сетевые структуры могут быть многоуровневыми и иметь разную степень сложности. Схема, в которой присутствует хотя бы одна связь «многие ко многим» и которая требует для своей реализации использования сложных методов, является сложной схемой.

База данных, описываемая сетевой моделью, состоит из областей, каждая из которых состоит из записей, а последние, в свою очередь, состоят из полей. Недостатком сетевой модели является ее сложность, возможность потери независимости данных при реорганизации базы данных.

При появлении новых пользователей, новых приложений и новых видов запросов происходит рост базы данных, что может привести к нарушению логического представления данных. Реляционная модель имеет в своей основе понятие «отношения», и ее данные формируются в виде таблиц.

Отношение ? это двумерная таблица, имеющая сове название, в которой минимальным объектом действий, сохраняющим ее структуру, является строка таблицы (кортеж), состоящая из ячеек таблицы ? полей. Каждый столбец таблицы соответствует только одной компоненте этого отношения. С логической точки зрения реляционная база данных представляется множеством двумерных таблиц различного предметного наполнения.

В зависимости от содержания отношения реляционной базы данных бывают объективными и связными. Объективные отношения хранят данные о каком?либо одном объекте, экземпляре сущности. В них один из атрибутов однозначно определяет объект и называется ключом отношения или первичным атрибутом (для удобства он записывается в первом столбце

таблицы).

Остальные атрибуты функционально зависят от этого ключа. В объективном отношении не может быть дублирующих объектов и в этом ? основное ограничения реляционной базы данных. Связное отношение хранит ключи нескольких объектных отношений, по которым между ними устанавливаются связи. Если набор атрибутов базы данных заранее не фиксирован, то возможны различные варианты их группировки, однако, независимо от выбранного способа, должны соблюдаться единые требования.

В частности, если база данных содержит множество отношений, то они должны иметь минимальную избыточность представления информации; атрибуты, включаемые в базу данных, должны обеспечивать выполнение массовых расчетов; при добавлении в базу данных новых атрибутов перестройка наборов отношений должна быть минимальной. К числу достоинств реляционной модели относятся: простота построения, доступность понимания, возможность эксплуатации базы данных без знания методов и способов ее построения, независимость данных, гибкость структуры и другие.

Недостатками модели являются: низкая производительность по сравнению с иерархической и сетевой моделями, сложность программного обеспечения, избыточность.

ПРИМЕРЫ ИБД

Рассмотрим модель данных предприятия (см. Рис. 2) : предприятие состоит из отделов, в которых работают сотрудники. В каждом отделе может работать несколько сотрудников, но сотрудник не может работать более чем

в одном отделе.

Поэтому, для информационной системы управления персоналом необходимо создать групповое отношение, состоящее из родительской записи Отдел (Наименование_отдела, Число_работников) и дочерней записи Сотрудник (Фамилия, должность, Оклад). Это отношение показано на Рис. 2а (Для простоты полагается, что имеются только две дочерние записи). Для автоматизации учета контрактов с заказчиками необходимо создание еще одной иерархической структуры: заказчик ? контракты с ним ? сотрудники, задействованные в работе над контрактом. Это дерево будет включать записи Заказчик (Наименование_заказчика, Адрес), Контракт (Номер, Дата, Сумма), Исполнитель (Фамилия, Должность, Наименование_отдела) (Рис. 2b).

Размещено на Аllbest.ru

Рис. 2 Модель данных.

Из этого примера видны недостатки иерархических БД:

? Частично дублируется информация между записями Сотрудник и Исполнитель (такие записи называют парными), причем в иерархической модели данных не предусмотрена поддержка соответствия между парными записями.

? Иерархическая модель реализует отношение между исходной и дочерней записью по схеме, то есть одной родительской записи может соответствовать любое число дочерних. Допустим теперь, что исполнитель может принимать участие более чем в одном контракте (то есть возникает связь типа). В этом случае в базу данных необходимо ввести еще одно групповое отношение, в котором Исполнитель будет являться исходной записью, а Контракт ? дочерней (Рис. 2c). Таким образом, мы опять вынуждены дублировать информацию[3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ