Организация связей между данными (модели: иерархическая, сетевая, реляционная)

Ядром любой базы данных является модель данных. Модель данных представляет собой множество структур данных, ограничений целостности и операций манипулирования данными. С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки.

СУБД основывается на использовании: иерархической, сетевой или реляционной модели или на некотором их подмножестве.

 

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.7.3.

Рис.7.3.Графическое изображение иерархической структуры БД

 

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. 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 (подчиненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей.

К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи. Например, как видно из рис.7.3 для записи С4 путь проходит через записи А и В3.

 

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.7.4 изображена сетевая структура базы данных в виде графа.

 

 

Рис.7.4. Графическое изображение сетевой структуры

 

Реляционная модель данных

Понятие реляционный связано с разработками известного американского специалиста в области 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:

1•Каждый элемент таблицы – один элемент данных.

2•Все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину.

3•Каждый столбец имеет уникальное имя. 4•Одинаковые строки в таблице отсутствуют.

5•Порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют записям (кортежам), 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 примере, показанном на рис.7.5, ключевым полем таблицы является «Личное дело. Номер».

 

Личное дело. Номер	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения	Группа
	Герасимов	Алексей	Григорьевич	03.06.1995	АИСТв-24
	Долгих	Елена	Владимировна	21.10.1996	АСВсд-25
	Овчинников	Вадим	Игоревич	11.04.1994	АИСТв-22

 

Рис.7.5.Пример реляционной таблицы

 

Чтобы связать две реляционные таблицы, необходимо ключ первой таблицы ввести в состав ключа второй таблицы (возможно совпадение ключей) или ввести в структуру первой таблицы внешний ключ – ключ второй таблицы.

 

Модели решения задач

Модель (лат. «modulus» - мера, образец) – это объект или образ, которые упрощенно отображают самые существенные свойства объекта, замещает реальный объект. Модель (мысленная или условная) может быть: гипотеза, идея, абстракция, изображение, описание, схема, чертеж, план, блок-схема алгоритма, и т.п. Любая модель всегда проще исследуемого объекта. Вид модели зависит от выбранной цели моделирования (1-536).

Моделирование – это метод научного исследования явлений, процессов, объектов, устройств или систем, основанный на построении, изучении и использовании моделей с целью получения новых знаний, совершенствования характеристик систем или совершенствования управления ими.

Появление первых моделей, которые замещали реальные объекты, связывают с языковыми знаками. Они возникли в ходе развития и постепенно превратились в разговорный язык. Слово было первой моделью реального объекта (или явления).

Первые документально зарегистрированные наскальные рисунки (петроглифы) были графическими моделями, которые изображали бытовые сцены, животных и сцен охоты. Возраст этих рисунков оценивается примерно в 200 тысяч лет.

Следующим этапом развития моделирования можно считать возникновение числовых знаков. Сведения о результатах счета первоначально сохранились в виде зарубок. Постепенное совершенствование этого метода привело к изображению чисел в виде цифр, как системы знаков. Можно предположить, что именно зарубки были прототипом римских цифр.

Потребность в создании и использовании моделей связана с тем, что исследовать многие реальные явления и объекты сложно или дорого, а порой вовсе невозможно. Например, опасны эксперименты с реальными реакторами на атомных электростанциях. Неразумны опыты с радиоаппаратурой при предельных значениях напряжения питания и окружающей температуры.

Упрощенное подобие, обладающее характерными, главными свойствами, аналогичными свойствам объекта исследования, появившиеся вследствие подмены реального объекта новым (или абстрактным), принято называть моделью объекта исследования.