 |
Иерархическая модель данных
|
|
|
|
Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево), вид которого представлен на рис. 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.
Свойства иерархической модели:
· каждый узел более низкого уровня связан только с одним узлом вышестоящего;
· иерархический граф имеет только одну вершину, неподчиненную никакому другому узлу;
· к каждому объекту существует только один путь от вершины (это следствие из первых);
· не существует связей, «перескакивающих» через уровень.
ПРИМЕР: файловая структура, управление учреждением, ….
К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, как видно из рис. 15.8, для записи С4 путь проходит через записи АиВЗ.
Графическое изображение иерархической структуры БД
Рисунок 1
|
Уровень 1
Уровень 2
Уровень 3
Пример, представленный на следующем рис., иллюстрирует использование иерархической модели базы данных.
 |
Для рассматриваемого примера иерархическая структура правомерна, так как каждый студент учится в определенной (только одной) группе, которая относится к определенному (только одному) институту.
Институт (специальность, название, директор)
Пример иерархической структуры БД
Сетевая модель данных
В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.
|
|
|
На рис. 2 изображена сетевая структура базы данных в виде графа.
Рис. 2 Графическое изображение сетевой структуры
 |
Примером сложной сетевой структуры может служить структура базы данных, содержащей сведения о студентах, участвующих в научно-исследовательских работах (НИРС). Возможно участие одного студента в нескольких НИРС, а также участие нескольких студентов в разработке одной НИРС. Графическое изображение описанной в примере сетевой структуры, состоящей только из двух типов записей, показано на рис. 15.11. Единственное отношение представляет собой сложную связь между записями в обоих направлениях.
 |
Пример сетевой структуры БД
Реляционная модель данных
Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного американского специалиста в области систем баз данных Е. Кодда.
Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных.
Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами:
· каждый элемент таблицы — один элемент данных;
· все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;
· каждый столбец имеет уникальное имя;
· одинаковые строки в таблице отсутствуют;
· порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.
Реляционной таблицей можно представить информацию о студентах, обучающихся в вузе. Пример реляционной таблицы
| № личного дела | Фамилия | Имя | Отчество | Дата рождения | Группа |
| Сергеев | Петр | Михайлович | 01.01.76 | ||
| Петрова | Анна | Владимировна | 15.03.75 | ||
| Анохин | Андрей | Борисович | 14.04.76 |
Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежа м или запися м, а столбцы — атрибутам отношений, доменам, полям.
|
|
|
Поле, каждое значение которого однозначно определяет соответствующую запись, называется простым ключом (ключевым полем). Если записи однозначно определяются значениями нескольких полей, то такая таблица базы данных имеет составной ключ. В данном примере ключевым полем таблицы является "№ личного дела".
Реляционная модель данных является наиболее универсальной, к ней могут быть сведены другие модели.
Важнейшим понятием реляционных моделей данных является сущность. Сущность - это объект любой природы, данные о котором хранятся в БД. Данные о сущности хранятся в двумерных таблицах, которые называют реляционными.
Каждая реляционная таблица должна обладать следующими свойствами:
• один элемент таблицы — один элемент данных;
• все столбцы таблицы содержат однородные по типу данные (целочисленный, числовой, текстовый, и т.д.);
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• число столбцов задается при создании таблицы;
• порядок записей в отношении может быть произвольным;
• записи не должны повторяться;
• количество записей в отношении не ограничено.
Объекты, их взаимосвязи и отношения представлены в виде таблиц. Формальное построение таблиц связано с фундаментальным понятием отношение (термин реляционная исходит от английского слова relation — отношение).
В реляционной таблице каждый столбец есть домен (его альтернативное название поле), а совокупность элементов каждой строки — кортеж (или запись).
Строка заголовков называется схемой отношения. Например, схема отношения СТУДЕНТ может быть следующей:
СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС, ГРУППА), здесь СТУДЕНТ - отношение, а ФАМИЛИЯ, ИМЯ и т.д. — атрибуты.
В отношении каждый конкретный экземпляр сущности представляется строкой, которая называется кортежем (или записью).
Следующий рисунок представляет отношение СТУДЕНТ.
Отношение СТУДЕНТ
Первичным ключом отношения называется поле или группа полей, однозначно определяющие запись. В отношении СТУДЕНТ первичным ключом может быть поле ФАМИЛИЯ, если во всем списке нет однофамильцев — это будет простой ключ. Если есть однофамильцы, то совокупность полей — фамилия, имя, отчество — создадут составной первичный ключ. На практике обычно в качестве ключевого выбирают поле, в котором совпадения заведомо исключены.
|
|
|
Для рассматриваемого примера таким полем может служить номер зачетной книжки студента.
Свойства первичного ключа:
• уникальность — в таблице может быть назначен только один первичный ключ, у составного ключа поля могут повторяться, но не все;
• неизбыточность — не должно быть полей, которые, будучи удаленными из первичного ключа, не нарушат его уникальность;
• в состав первичного ключа не должны входить поля типа, комментарий и графическое.
Чтобы избежать повторяющихся записей, приходят к связыванию таблиц. Например, если в отношении СТУДЕНТ надо описать вуз, в котором он обучается, то, на первый взгляд, можно было бы включить в отношение следующие поля СТУДЕНТ (ФАМИЛИЯ, ИМЯ, ОТЧЕСТВО, ФАКУЛЬТЕТ, КУРС, ГРУППА, НАЗВАНИЕ вуза, АДРЕС). Но при заполнении такой таблицы для каждого студента придется указывать довольно длинное наименование вуза и его адрес, что неудобно. Более того, любая незначительная ошибка во вводе этих полей приведет к нарушению непротиворечивости базы данных. Например, ошибка в адресе вуза приведет к тому, что в БД появятся два вуза с одинаковым наименованием и разными адресами. Поступают в таком случае так: в отношение СТУДЕНТ вводят поле «код вуза» (целое число) и добавляют еще одно отношение ВУЗ (код вуза, название, адрес). СТУДЕНТ и ВУЗ при этом будут связаны по полю «код вуза».
При работе с такими таблицами повторяться могут только данные в поле «КОД вуза», а все необходимые сведения о вузе можно взять из отношения ВУЗ. Заметим при этом, что ввод в поле «КОД вуза» целого числа, вместо длинного названия, принесет гораздо меньше ошибок. В отношении ВУЗ поле «КОД вуза» будет первичным ключом, а в отношении СТУДЕНТ поле «КОД вуза» будет внешним ключом.
|
|
|
Для связи реляционных таблиц необходимо ввести в обе таблицы одинаковые по типу поля, по которым определится связь между записями обеих таблиц. Связи бывают нескольких типов «один к одному», «один ко многим», «многие ко многим». В вышеприведенном примере была установлена связь «один ко многим», т.е. одной записи в таблице ВУЗ соответствуют многие записи в таблице СТУДЕНТ.
|
|
|
