5.1.2. Різновиди моделей даних. Типи зв’язків

До основних теоретичних знань з баз даних слід віднести визнання типів (видів) та моделей подання даних.

Характер зв’язків між елементами бази даних визначає тип організації даних (модель подання даних) — структуру даних.

Ядром будь–якої бази даних є модель даних. Моде́ль да́них (англ. Data model) — абстрактне представлення реального світу, що відображає тільки ті об'єкти, що безпосередньо стосуються проблеми, визначає специфічну групу об'єктів, їх атрибутивне значення і відношення між ними. Модель даних представляє собою множину структур даних, обмежень цілісності і операцій маніпулювання даними. За допомогою моделі даних можуть бути представлені об’єкти предметної області і взаємозв’язку між ними. Модель даних — сукупність структур даних та операцій їх обробки. Модель даних — це формальний спосіб відображення взаємовідношень даних в системі управління базою даних.

Приведені вище визначення доповнюють один одного. Важливо розуміти, що модель даних - це не самі дані, а дані про дані (метадані), що характеризують принцип організації одиниць інформації і припустимих операцій над ними.

До числа класичних моделей відносять ієрархічні, мережеві, реляційні моделі подання даних.

Крім того, в останні роки з’явилися і стали більш активно впроваджуватися на практиці наступні моделі даних: постреляційна, багатовимірна, обєктно–орієнтована.

Розглянемо три основні типи моделей даних: ієрархічну, мережеву та реляційну моделі.

Спочатку використовувались ієрархічні моделі. Ієрархічна структура представляє сукупність елементів, пов‘язаних між собою за визначеними правилами. Об‘єкти, які пов'язані ієрархічними відношеннями, створюють орієнтовний граф (перевернуте дерево) (рис. 5.1.4.).

До основних понять ієрархічної структури відносять: рівень, елемент (вузол), зв‘язок. Вузол — це сукупність атрибутів даних, які описують деякий об‘єкт. На схемі ієрархічного дерева вузли представлені вершинами графа. Кожен вузол на більш низькому рівні пов'язаний лише з одним вузлом, який знаходиться на більш високому рівні. Ієрархічне дерево має тільки одну вершину (корінь дерева), яка непідвладна ніякій іншій вершині, вона знаходиться на самому верхньому (першому) рівні. Всі інші вершини залежні.

У кожному записі бази даних існує тільки один (ієрархічний) шлях від кореневого запису.

Р івень 1

Рівень 2

Рівень 3

Рис.5.1.4. Графічне відображення ієрархічної структури БАЗА ДАНИХ

Перевагами ієрархічної моделі є простота організації, наявність заздалегідь заданих зв'язків між сутностями, подібність з фізичними моделями даних. Це дозволяло домогтися прийнятної продуктивності ієрархічних СУБД повільних ЕОМ з дуже обмеженими обсягами пам'яті. Але, якщо дані не мали деревоподібної структури, то виникала маса складностей при побудові ієрархічної моделі і бажанні домогтися потрібної продуктивності.

У мережевій структурі, при тих самих основних поняттях (рівень, вузол, зв‘язок) кожен елемент цієї бази даних може бути пов'язаним з будь–яким іншим елементом. Рис.5.1.5. Графічне відображення мережевої структури.

На рис. 5.1.5. відображена мережева структура бази даних у вигляді графа.

У мережевій моделі дані організовуються у вигляді довільного графа. Недоліками є жорстка структура та висока складність реалізації.

Недоліком як ієрархічної так і мережевої моделей є те, що структура даних задається на етапі проектування бази даних та не може бути змінена при організації доступу до неї.

В об’єкт орієнтованих базах даних окремі записи є об’єктами. Між записами бази даних та функціями їх обробки встановлюються взаємозв’язки за допомогою механізмів, що подібні відповідним зв’язкам у ООП мовах програмування. Об’єктно–орієнтовані моделі сполучають особливості мереженої та ієрархічної моделі та використовуються для створення великих баз даних зі складною структурою.

Реляційна модель отримала свою назву від англійського слова relation та була запропонована в 70-х роках Е. Коддом. Реляційна база даних являє собою сукупність таблиць, що пов’язані відношеннями. Перевагами реляційної моделі є простота, гнучкість структури, зручність реалізації не ЕОМ, наявність теоретичного опису. Більшість сучасних баз даних є реляційними.

Типи зв'язків. Всі інформаційні об‘єкти предметної області пов‘язані між собою. Розрізняють зв‘язки декількох типів, для яких введені наступні позначення:

• Один до одного (1:1)

• Один до багатьох (множини) (1:М)

• Багато до багатьох (множина до множини) (М:М).

Розглянемо ці типи зв‘язків на прикладі.

Приклад. Дана сукупність інформаційних об‘єктів, яка відображає учбовий процес у ВУЗі:

СТУДЕНТ (Номер, Прізвище, Ім‘я, По батькові, Стать, Дата народження, Група)

СЕСІЯ (Номер, Оцінка 1, Оцінка2, Оцінка3, Оцінка4, Результат)

СТИПЕНДІЯ (Результат, Відсоток)

Викладач (Код викладача, Прізвище, Ім‘я, По батькові)

Зв‘язок один до одного (1:1) передбачає, що в кожен момент часу одному екземпляру інформаційного об‘єкта А відповідає не більше одного екземпляра інформаційного об‘єкта В і навпаки.

А 1 В1

А2

А3 В2

Рис. 5.1.6. Графічне представлення реального відношення 1:1

Приклад. Прикладом зв'язку 1:1 може служити зв‘язок між інформаційними об‘єктами СТУДЕНТ і СЕСІЯ

СТУДЕНТ ↔ СЕСІЯ

Кожен студент має визначений набір екзаменаційних оцінок за сесію.

При зв‘язку один до багатьох (множини) (1:М) одному екземпляру інформаційного об‘єктів А відповідає 0, 1 або більше екземплярів об‘єкта В, але кожен екземпляр об‘єкту В пов‘язаний не більш чим з одним екземпляром об‘єкта А

А 1 В1

А2 B2

А3 В3

Рис.5.1.7. Графічне представлення реального відношення 1:M

Приклад. Прикладом зв'язку 1:M може служити зв‘язок між інформаційними об‘єктами СТІПЕНДІЯ і СЕСІЯ

СТІПЕНДІЯ ↔→ СЕСІЯ

Встановлений розмір стипендії за результатами сесії може повторюватися багато разів для різних студентів.

Зв‘язок багато до багатьох (М:М) передбачає, що в кожну одиницю часу одному екземпляру інформаційного об‘єкта А відповідає 0, 1 або більше екземплярів об‘єкта В і навпаки.

А 1 В1

А2 В2

А3 В3

Рис.5.1.8. Графічне представлення реального відношення М:М

Приклад. Прикладом зв'язку М:М може служити зв‘язок між інформаційними об‘єктами СТУДЕНТ і ВИКЛАДАЧ

С ТУДЕНТ ВИКЛАДАЧ

Один студент навчається у багатьох викладачів, і один викладач навчає багатьох студентів.