книги / Структурный подход к организации баз данных

Иерархическая модель, представленная на рис. 4.7, содержит еще пять записей базы данных для пациентов Мэри Джонс, Чарльза Брауна,

операциях удаления камней из желчного пузыря и из почек

Хола Кейна, Пола Кошера и Энн Худ. Экземпляр записи базы данных для пациента Хола Кейна показан на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Экземпляр записи иерархической базы данных, модель которой представлена на рис. 4.7. Запись базы данных содержит сведения о пациенте Холе Кейне. Имеется один экземпляр зависимого узла, в котором содержатся сведения об операции удаления желчного пузыря

Информация о ПАЦИЕНТЕ, ХИРУРГЕ, ПАЦИЕНТЕ-И-ХИРУРГЕ и ПРЕПАРАТЕ может быть представлена с помощью другой версии иерар­ хической модели данных (рис. 4.10). Корневой узел соответствует объекту

Иерархические модели данных, представленные на рис. 4.7 и 4.10, отличаются ^руг от друга, хотя и являются моделями одной и той же предметной области. Различия между ними определяются способами представления взаимосвязей между объектами. На рис. 4.7. ПАЦИЕНТ находится на более высоком уровне иерархии, чем ХИРУРГ. Это озна­ чает, что АБД трактует взаимосвязь между ПАЦИЕНТОМ и ХИРУРГОМ как взаимосвязь «один ко многим». На рис. 4.10 ХИРУРГ находится на более высоком уровне иерархии по сравнению с ПАЦИЕНТОМ. Здесь АБД рассматривает взаимосвязь между ХИРУРГОМ и ПАЦИЕНТОМ как взаимосвязь «один ко многим». Выбор иерархической модели дан­ ных должен определяться операционными характеристиками. Детальное рассмотрение операционных характеристик приводится в части 3.

С помощью модели, представленной на рис. 4.12, могут быть изо­ бражены другие взаимосвязи между теми же данными. Экземпляр записи

после операции

Рис. 4.12. Представление с помощью иерархической модели данных базы данных ХИРУРГ, в которой содержатся сведения обо всех днях проведения операций и обо всех операциях, проведенных в конкретный день

базы данных, описываемой моделью рис. 4.12, изображен на рис? 4.13. В этом примере для каждого экземпляра узла второго уровня имеется только один экземпляр узла третьего уровня. Однако вполне вероятно, что однажды хирург сделает операцию более чем одному пациенту. В рассматриваемой упрощенной модели имеется только по одному узлу второго и третьего уровня, хотя иерархическая модель позволяет для каждого хирурга представить несколько дат проведения операций и несколько пациентов, перенесших операцию в указанный день (см. ри­ сунок) .

Рис. 4.14. Представление данных в базах данных ПАЦИЕНТ и ХИРУРГ с помощью двух иерархических моделей данных. В первой модели корневым является узел ПАЦИЕНТ, а узел ОПЕРАЦИЯ находится на втором уровне. Во второй модели корневой узел — ХИРУРГ, а узел ОПЕРАЦИЯ находится на втором уровне. Узел ОПЕРАЦИЯ первой модели соединен с узлом ХИРУРГ второй модели; узел ОПЕРАЦИЯ второй модели соединен с узлом ПАЦИЕНТ первой модели

на втором уровне расположен узел ОПЕРАЦИЯ. Во второй модели дан­ ных корневой узел — ХИРУРГ, а узел ОПЕРАЦИЯ находится на втором уровне. Узел ОПЕРАЦИЯ второго уровня первой модели связывается с корневым узлом ХИРУРГ второй модели. Узел ОПЕРАЦИЯ второго уровня второй модели связывается с корневым узлом ПАЦИЕНТ первой модели. В подобной «комбинированной» иерархической модели данных информация о дате операции и об ОПЕРАЦИИ хранится с избыточно­ стью, однако таким путем удается устранить аномалии включения и уда­ ления сведений о ПАЦИЕНТЕ и об ОПЕРАЦИИ. В системах управления базами данных, основанных на иерархической модели, проблемы избы­ точности данных решаются различными способами.

4.4.3. Достоинства модели

Главные достоинства иерархической модели данных:

•наличие хорошо зарекомендовавших себя систем управления базами данных, основанных на ее применении;

•.простота понимания и использования. Пользователи систем обработки данных хорошо знакомы с иерархическими структурами;

•обеспечение определенного уровня независимости данных. Так, с по­

мощью двух иерархических моделей, показанных на рис. 4.14, можно реализовать различные представления пользователей (рис. 4.15);

•простота оценки операционных характеристик благодаря заранее заданным взаимосвязям.

4.4.4. Недостатки модели

Взаимосвязи «многие ко многим» в иерархической модели могут быть реализованы искусственно, но структура становится громоздкой. При этом может потребоваться хранение избыточных данных. Из-

угольников и стрелок. Эта система обозначений предложена Ч. Бахманом (Эа{а 51гис4иге 01а§;гагпз.— Оа1аЬа5е, 1969, уо1. 1, р. 2). Каждый тип записи может содержать нуль, один или несколько атрибутов (употреб­ ляются также термины «элемент данных» и «поле»).

Рис. 4.17. Область — это поименованная часть базы данных, в которой могут содержаться экземпляры записей и наборов или частей наборов. Каждая область может обладать собственными уникальными физическими характеристиками. Области могут обрабатывать­ ся как по отдельности, так и вместе с другими областями

Поясним различие между типом и экземпляром записи. ПАЦИЕНТ является типом записи, а строка символов «1111 Джон Уайт 15 НьюСтрит, Нью-Йорк, Н.-Й.» — экземпляром типа записи ПАЦИЕНТ (рис. 4.18 и 4.19). Таким образом в базе данных может иметься один или несколько экземпляров записи некоторого типа *.

Направленные стрелки соединяют два или более типов записей и слу­ жат для изображения типов набора. Тип записи, из которого исходит стрелка, называется владельцем набора, а тип записи, к которому на-

Записьбладелец ПАЦИЕНТ

ПАЦИЕНТ-ПЕРЕНЕС- 11ПЕРАЦИЮ (тип набора)

Запись-

член ОПЕРАЦИЯ

Рис. 4.18. В наборе. ПАЦИЕНТ-ПЕРЕНЕС-ОПЕРАЦИЮ владельцем является запись ПАЦИЕНТ, а членом — запись ОПЕРАЦИЯ.

•Набор считается пустым, если ни один экземпляр записи-члена не связан с соот­ ветствующим экземпляром записи-владельца.

•Экземпляр набора существует после запоминания записи-владельца

* В базе данных может и не иметься ни одного экземпляра записи дан­ ного типа.— Примеч. пер.

правлена стрелка,— членом набора. Стрелка, направленная от владельца набора к его члену, обозначает тип набора. Тип набора представляет логическую взаимосвязь «один ко многим» между владельцем и членом набора (рис. 4.18). При этом не предполагается, что экземпляры членов набора должны располагаться вблизи экземпляра владельца набора в фи­ зической памяти, хотя, как мы увидим в гл. 8, это возможно.

Рис. 4.19. Экземпляр набора ПАЦИЕНТ-ПЕРЕНЕС-ОПЕРАЦИЮ содержит один экземпляр записи-владельца и два экземпляра записи-члена. Набор реализован в виде кольцевой структуры. Известны и другие способы его реализации

Каждому типу набора присваивается имя, что позволяет одной и той же паре типов объектов участвовать в нескольких взаимосвязях. Этот случай рассматривается ниже. Отметим попутно, что термин «тип набора» не имеет ничего общего с математическим термином «теория множеств» *.

Необходимо различать тип и экземпляр набора. В примере на рис. 4.19 тип набора — ПАЦИЕНТ-ПЕРЕНЕС-ОПЕРАЦИЮ. Экземпляр этого типа набора представлен экземпляром типа записи-владельца ПАЦИЕНТ «1111 Джон Уайт 15 Нью-стрит, Нью-Йорк, Н.-Й.» и экземпля­ рами типа записи-члена «01.01.77 Удаление камней из желчного пузыря Пенициллин Сыпь» и «12.06.77 Удаление камней из почек-------- ». Таким образом, экземпляр типа набора состоит из одного экземпляра типа за­ писи-владельца и нуля или более экземпляров типа записи-члена данного типа набора. Между экземпляром типа записи-владельца и экземплярами типа записи-члена существует взаимосвязь «один ко многим». Определен­ ный экземпляр типа записи-члена в экземпляре данного типа набора не может одновременно принадлежать более чем одному экземпляру типа записи-владельца. Иными словами уникальность владельца типа набора обязательна.

4.5.1.^Представление взаимосвязи «один ко многим»

Вмодели данных, представляющей взаимосвязь «один ко многим»,

тип записи-владелец «владеет» 0— п экземплярами типа записи-члена.

* В оригинале используются термины зе* — множетсво, набор и зе! 1Ьеогу — теория множеств.— Примеч. пер.

В свою очередь тип записи-член в другом типе набора может играть роль типа записи-владельца *. Запись-владелец данного набора может играть ту же роль в нескольких наборах. Такая структура представляет собой иерархию. Следовательно, иерархическая модель данных является част­ ным случаем сетевой модели.

В модели данных КОДАСИЛ взаимосвязи «многие ко многим» не мо­ гут быть реализованы непосредственно. С помощью принятых обозначений попытаемся смоделировать такую структуру.

На рис. 4.20 приведены сведения о пациенте, перенесшем несколько операций, и о конкретном типе операции, сделанной нескольким пациен-

Рис. 4.20. В структуре такого типа нарушается правило уникальности владения, поскольку операция, перенесенная двумя или более паци­ ентами, может быть членом одновременно в двух или более экземплярах одного набора

там. Операция, которой подверглись несколько пациентов, будет одновре­ менно членом в двух или более экземплярах одного и того же типа набора, что нарушает правило уникальности владельца. Взаимосвязь «многие ко многим» может быть реализована двумя взаимосвязями «один ко мно­ гим». Как мы увидим в дальнейшем, это только один пример того, как из-за ограничений, накладываемых конкретной СУБД, приходится моди­ фицировать концептуальную модель. Рассмотрим данный случай подроб­ нее.

Типами объектов здесь служат: ПАЦИЕНТ, ХИРУРГ и ОПЕРАЦИЯ. Один хирург может прооперировать нескольких пациентов. Один пациент мог быть в свое время прооперирован несколькими хирургами. ПАЦИЕНТ, ХИРУРГ и ОПЕРАЦИЯ образуют сеть. Между ПАЦИЕНТОМ и ХИРУР­ ГОМ существует взаимосвязь «многие ко многим». ПАЦИЕНТ и ХИРУРГ могут рассматриваться как различные типы записей. Для того чтобы преобразовать взаимосвязь «многие ко многим» между ПАЦИЕНТОМ и ХИРУРГОМ в две взаимосвязи «один ко многим», воспользуемся в качестве связки записью ОПЕРАЦИЯ, которая характеризуется датой операции, видом операции, назначенным после операции препаратом и побочным эффектом от его применения. Отметим, что запись-связка может и не содержать никаких данных. В большинстве случаев она, как правило, включает некоторую полезную информацию, описывающую взаи­ мосвязь между двумя остальными записями.

На рис. 4.21 показаны два типа записи: ПАЦИЕНТ и ОПЕРАЦИЯ. В сетевой модели данных на рис. 4.22 два типа записей образуют набор. Записи ПАЦИЕНТ и ОПЕРАЦИЯ образуют набор ПАЦИЕНТ- ПЕРЕНЕС-ОПЕРАЦИЮ. Владельцем является запись ПАЦИЕНТ, а членом — запись ОПЕРАЦИЯ. Записи ХИРУРГ и ОПЕРАЦИЯ образуют

набор ОПЕРАЦИЯ-ПАЦИЕНТА.