Материал: BD шпорки

Понятие модели данных

Модель данных – это абстрактное, самодостаточное определение объектов, операторов и прочих элементов, в совокупности составляющих абстрактную машину доступа к данным, с которой взаимодействует пользователь. Упомянутые объекты позволяют моделировать структуру данных, а операторы – поведение данных.

Реализация заданной модели данных это соединение воплощения на реальной машине компонентов абстрактной модели, которая в совокупности составляет эту модель.

Для обеспечения независимости от данных требуется строгое разделение между моделью данных и её реализацией. Можно сказать,что модель – это то, о чем пользователи должны знать (принципы создания БД), а реализация это то, чего пользователи не должны знать.(практика реализации БД)

Логические модели данных

Как и концептуальные модели, основанные на использовании пользовательских представлений о данных предметной области, отражают абстрактный взгляд на данные. Это означает, что данные представляются так, как они выглядят в реальном мире (отдел, фамилия и др.)

Логические модели данных определяют конкретные структуры, в которых будут храниться данные. Разработка логических моделей данных началась в 60-ч годах прошлого столетия в связи с бурным развитием средств вычислительной техники.

Можно выделить 4 основные разновидности логических моделей:

1. иерархические

2. сетевые

3. реляционные

4. объектно-ориентированные.

7. Иерархическая модель данных, ее достоинства и недостатки

Иерархическая модель данных - эта модель графически представляется совокупностью элементов (вершин) и связей (рёбер), образующих структуру типа дерева.

Каждая вершина связана с одной вершиной предыдущего, более высокого уровня и с любым (в том числе нулевым) числом вершин следующего более низкого уровня. Исключение является вершина самого высокого уровня, которая связана только с вершинами более низкого уровня. Эта вершина – корень дерева и расположена на нулевом уровне.

Вершины, не имеющие подчиненных, называются концевыми.

В этой модели каждому элементу данных соответствует единственный путь, ведущий к нему из корневой вершины. Данные чаще всего представляются концевыми вершинами, но это необязательно.

Важнейшими операциями для работы с иерархическими структурами являются операции перемещения по иерархическим указателям, позволяющее переходить вверх и вниз по ребрам дерева.

Практический пример:

• Структура каталогов(поток) с файлами на жестком диске компьютера;

• Системный регистр Windows;

• Пространство доменных имен в интернете.

Достоинства данной модели:

• возможность выполнить очень быстрой поиск нужных данных

Недостаток:

если данные плохо поддается иерархической организации, то модель чрезмерно усложняется и соответственно снижается производительность при технической реализации.

8. Сетевая модель данных, ее достоинства и недостатки

В ее основе лежат те же понятия, что и в иерархической модели, т.е. вершина – уровень связь но существенным отличием является то, что любая вершина может быть связана с любой другой вершиной, независимо от уровня иерархии последней.

Если использовать язык теории графов, то иерархическая структура отображается графом типа дерево, в сетевая – произвольным графом, т.е. графом допускающим существование контуров.

Примером сетевой модели данных может служить модель, отображающая распределение учебных дисциплин по группам студентов. Каждая группа изучает ряд предметов, а каждый предмет изучается в каких то группах.

Достоинства сетевой модели данных

• Высокая скорость поиска нужных данных

• Возможность адекватно представить данные для решения задач в самых различных предметных областях

Недостатки

• При реализации сетевой модели данных образующих сложность структуры данных с многочисленными связями

Общим недостатком сетевой и иерархической модели данных (перечень):

• Конфигурация структуры данных (вершин и связи между ними ) задается на этапе моделируется и после перехода к практической реализации уже не может быть изменена, т.е. независимость по данным в этих моделях не сопровождается структурной независимостью.

• Достоинства: предоставляет большие возможности в смысле допустимости образования произвольных связей.

• Недостатки: высокая сложность и жесткость схемы БД, сложность понимания и выполнения обработки информации.

9. Реляционная модель данных. Ее отличие от графовых моделей (иерархической и сетевой)

Одним из самых естественных способов в представлении данных является представление их в виде 2-мерных таблиц.

Если имеется несколько таблиц, то связи между данными в разных таблицах также можно представлять в табличной форме, например, 2 таблицы можно связывать между собой с помощью дополнительных связующей таблицы.

Существенное отличие реляционной модели от графовых ( иерархич. Сетевая) является переход от работы с элементарными данными к работе с макрообъектами табличного типа, при этом реляционные операции применяются сразу ко всему множеству строк таблицы, а не к отдельной строке, и т.о. операндами и результатами являются наборы данных, содержащими множество строк, поэтому главная отличительная характеристика реляционной системы – возможность обработки множества строк.

Еще одно отличие:

Независимость по данным здесь сопровождается их структурной независимостью, т.е. нет никаких указателей, связывающих таблицы друг с другом и соответственно отсутствует навигация схемы доступа к данным.

Было установлено, что любая сетевая структура данных может быть представлена с некоторой избыточной совокупностью древовидных структур, а те в свою очередь тоже с некоторой избыточностью – в виде взаимосвязей 2 мерных таблиц, поэтому тот факт, что любую структуру дынных при желании можно представить в виде взаимосвязей 2 мерных таблиц и привел к созданию реляционной модели данных.

Эта модель была предложена в 1970 сотрудником IBM Эдгаром Коддам и вскоре получила самое широкое распространение из за простоты наглядности модели для пользователей – непрофессионалов и серьезного теоретического обоснования лежащего в основе модели.

Достоинства реляционной модели данных:

1. Наглядность, простота, гибкость структуры данных.

2. Относительная простота практической реализации.

Недостатки:

1. Некоторая ограниченность и предопределенность набора атрибутов и доменов, что можно устранить при переходе к объектно-реляционной модели.

Определение

Иерархическая модель - это структура данных, организованная в виде древовидной модели с использованием отношений родитель-потомок, а сетевая модель - это модель базы данных, которая позволяет нескольким записям связываться с одним файлом владельца. С другой стороны, реляционная модель - это модель базы данных для управления данными в виде кортежей, сгруппированных в отношения (таблицы).

основа

Иерархическая модель упорядочивает данные в древовидной структуре, в то время как сетевая модель упорядочивает данные в виде графа. Напротив, реляционная модель упорядочивает данные в таблицах. Следовательно, в этом главное отличие иерархической сети от модели реляционной базы данных.

отношения

Кроме того, важное различие между моделью иерархической сети и реляционной базы данных состоит в том, что, хотя иерархическая модель представляет отношение «один ко многим», модель сети представляет отношение «многие ко многим». Кроме того, реляционная модель может представлять как отношения «один ко многим», так и «многие ко многим».

Доступ к данным

Хотя доступ к данным в иерархической модели затруднен, доступ к данным в сетевой модели и реляционной модели проще.

гибкость

Кроме того, еще одно отличие между иерархической сетью и моделью реляционных баз данных заключается в их гибкости. Иерархическая модель менее гибкая, но сетевая модель и реляционная модель являются гибкими.

Заключение

Модели баз данных помогают упорядочить данные в базах данных СУБД. Основное различие между моделью иерархической сети и реляционной базы данных состоит в том, что иерархическая модель организует данные в древовидную структуру, а модель сети упорядочивает данные в виде графа, а модель реляционной базы данных - в таблицы.

10. Основные понятия реляционной алгебры

Математический аппарат используемый для моделируемого табличного представления данных, получил название – реляционной алгебры. В ней используется следующие понятия

Реляционная алгебра (логич.)	Реляционные БД (физич.)
Сущность	Таблица
Кортеж	Строка, запись
Атрибут	Столбец, поле
Домен	Тип данных

Сущность – Объект предметной области, который исследуется и моделируется (любой различимый объект, о котором необходимо хранить информацию в БД).

Кортеж – экземпляр сущности

Атрибут – отражает определенные свойства, количества, признак сущности

Домен – задает множество допустимых значений атрибута

Смысл домена состоит в том, что они ограничивают сравнение и позволяет моделировать предметную область.

Если атрибуты связаны с 1 и тем же доменом, то сравнение значений этих атрибутов имеет смысл.

Если атрибуты связаны с различными доменами, то сравнение значений таких атрибутов часто лишено смысла, даже если эти значения выбираются из 1 и того же множества значений.

11. Определение сущности в реляционной алгебре. Свойства сущности

Сущность S на доменах D₁, D₂…..D_n ( необязательно что бы все были различные) состоит из заголовка и тела.

Заголовок состоит из такого множества атрибутов {A₁, A₂……..A_n}, что существует взаимооднозначное соответсвие между атрибутами А и определяющими его доменами D, для любого i=1,2……n.

Тело сущности состоит из меняющегося во времени множества кортежей, где каждый кортеж состоящий из множества пар вида {(A₁,V₁), (A₂,V₂)…….. (A_n,V_n) } (атрибут значение)

Для любой такой пары (A_i,V_i) V_i – некоторое значение из D_i, связывающего с атрибутом A_i.

Степень сущности – число его атрибутов.

Мощность – число кортежей. Мощность сущностей изменяется во времени.

Замечания:

1. Т.к. множество в математике не содержит повторяющихся элементов , то сущность также не содержит повторяющихся кортежей и атрибутов, но среди доменов D_i повторения возможны.

2. Сущности и таблицы – не одно и то же, строки и столбцы таблицы упорядочены , а кортежи и атрибуты сущности – нет , т.к. это множество, а множество в математике не обладает свойством упорядоченности.

3. Все атрибуты сущности являются простыми или атомарными – это означает, что их нельзя разложить на составные части без потери смысла.

4. Заголовок сущности статичен и описывает декартово произведение доменов, на котор. задана сущность. Тело сущности представляет собой измененный во времени набор кортежей, т.е. подмножество декартовых произведений доменов. Т.о. если использовать терминологию теории множеств, поскольку отношение = relation , то отсюда и произошло название реляционной модели данных.

12. Понятия возможного, первичного и альтернативного ключей

Подмн-во R={ , , … , } атрибутов сущности S является ее возможным или потенциальным ключом, если выполн. след. 2 условия:

1. Уникальность – никакие 2 различных кортежа из S не имеют одного и того же набора значений атрибутов , , … , ;

2. Минимальность – ни один из атрибутов , , … , не может быть исключен без нарушения условия уникальности.

Утверждение: каждая сущность обладает по меньшей мере одним возможным ключом. Действительно, если других ключей нет, то им будет ключ K={ , , … , }.

Поскольку как следует из определения сущности, все ее кортежи различные.

Возможный ключ, состоящий из 1 атрибута называется простым , из нескольких – составным. Один из возможных ключей выбирается в качестве первичного ключа, остальные возможные ключи, если она есть получают статус альтернативных(уникальных).

Роль ключа (1-го или альтернативного) заключается в том, что зная для какого-либо кортежа значение лишь ключевых атрибутов можно всегда определить значения и всех остальных атрибутов. Т.е. чтобы точно указать, какой-либо кортеж достаточно знать лишь соответствующее ему значение.

Рис. 3-8. Синтаксис альтернативных ключей

 Каждая сущность должна обладать первичным ключом.

 Каждая сущность может обладать любым числом альтернативных ключей.