Примером иерархического способа организации данных является файловая система страница

Иерархическая база данных — это. Модели, примеры

Иерархическая база данных — это БД, основанная на древовидной структуре. По принципу построения она чем-то схожа с файловой системой компьютера. У использования такой модели есть свои достоинства и недостатки, которые будут рассмотрены в этой статье, вместе с подробными примерами.

Виды баз данных

Как известно, различают четыре вида посторения БД:

• Реляционные — табличные СУБД, где информация представлена в виде строк-столбцов. По этому принципу строятся базы данных в «Аксесе», к примеру.
• Объектно-ориентированные — тесно связаны с ООП (программированием, в котором идет работа с объектами), и это их главный плюс, но, учитывая их небольшую производительность, они пока значительно уступают в распространенности реляционным.
• Гибридные — СУБД, вмещающие в себе сразу два указанных выше вида.
• Иерархические — объект внимания данной статьи. Это БД, характеризирующиеся древообразной структурой.

Наиболее известным примером иерархической базы данных является продукт, созданный компанией IBM («АйБиЭм»), под названием Information Management System (переводится как «Информационная система управления»), сокращенно IMS. Первая версия IMS вышла еще в прошлом, двадцатом веке, в шестьдесят восьмом году. Она используется для хранения и контроля данных и поныне.

Принцип построения иерархической модели

Иерархическая модель данных строится по следующему принципу:

• для каждого узла древовидной структуры ставится в соответствие некий сегмент;
• под сегментом понимаются поля данных с присвоенным каждому полю именем и выстроенные в один линейный кортеж;
• еще одно соответствие: один входной и несколько выходных сегментов для каждого исходного поля;
• для каждого структурного элемента существует одно и только одно место в системе иерархии;
• древовидная структура начинается с корневого элемента;
• у каждого подчиненного узла только один предок, но у каждого исходного может быть несколько потомков.

Применение иерархической структуры данных

Иерархическая база данных — это хранилище, применимое для тех систем, которым изначально свойственна древовидная структура. Для них выбирать подобное моделирование — логично.

Пример иерархической базы данных с изначально систематизированными степенями — воинское подразделение, в котором, как известно, четко определены ранги. Также это могут быть сложные механизмы, состоящие из все более упрощающихся к низу иерархии частичек. Для моделирования таких систем и приведения их к виду рассматриваемой БД нет необходимости в декомпозиции. Тем не менее такая ситуация складывается не всегда.

Кроме того, существует тенденция, при которой направленный вниз по структуре запрос проще, чем аналогичный вверх.

Основные операции над БД, построенными на иерархической модели

Структура иерархической базы данных позволяет успешно и практически беспроблемно (в зависимости от навыков и умений) совершать следующие операции (представлены самые основные, список всегда можно расширить мелкими дополнениями):

• поиск по базе данных того или иного элемента;
• переход по базе данных — от дерева к дереву;
• переход по дереву — от ветви к ветви;
• соответственно, переход по ветвям — поэлементно;
• работа с записями: вставка новой и/или удаление текущей, копирование, вырезание и т. д.

Обобщенное описание структуры

Термин «древовидная» для описания структуры упоминается в этой статье уже далеко не единожды. Пора рассказать, откуда он произошел. Все потому что иерархическая база данных — это такая БД, которая использует тип данных «дерево». Рассмотрим подробнее, что он из себя представляет.

Это составной тип: в каждый из элементов (узлов) вкладывается несколько последующих (один или более). А начинается все с одного корневого элемента. Суть в том, что каждый из кусочков типа «дерево», является подтипом, тоже «деревом». Много-много разветвленных, и все также упорядоченных структур.

Элементарные типы могут быть простыми и составными, но по существу это всегда записи. Но в простом записи присутствует один тип данных, а в составном — целая их совокупность.

Иерархической модели свойственен принцип потомков, когда каждый предыдущий сегмент является предком для последующего. Кроме того, потомок по отношению к вышестоящему типу является типом подчиненным, в то время как равнозначные один другому записи считаются близнецами.

Наполнение БД

Основными данными иерархической БД являются значения (числа или символы), которые хранятся в записях. Обходят такую базу данных обычно снизу вверх и слева направо.

Достоинства

Иерархическая база данных — это имеющая корневую папку БД, постепенно разветвляющаяся книзу. Учитывая, что подобная структура весьма схожа с файловой системой, такие базы успешно применяются для выполнения различных операций над данными ЭВМ. Итог: рациональное распределение ее памяти, а также весьма достойные показатели времени, затраченного на работу.

Иерархическая модель идеальна для применения ее для упорядоченной информации.

Недостатки

Однако те же особенности рассматриваемых СУБД, которые стали их основными достоинствами, определяют также и их недостатки. К примеру, громоздкость и сложность логических связей — опытному специалисту при работе с ранее неизвестной базой будет трудно разобраться, а простой пользователь и вовсе в ней «заблудится». Эта сложность понимания приводит к тому, что на самом деле не так много СУБД построены на иерархической модели. Примером иерархической базы данных является, кроме уже описанного продукта компании «АйБиЭм», «Ока» и МИРИС (производство России), а также Data Edge и Team-UP (от зарубежных корпораций).

Примеры

Иерархическая база данных — это многообразие различных уровней, на которых строятся взаимосвязи. Схематично она выглядит как перевернутый граф. Пример иерархической базы данных — любое государственное административное учреждение. Взять, допустим, школу.

На самом верхней уровне будет располагаться «лидер» администрации — директор. В его подчинении завучи, у завучей — преподаватели, который руководят параллелями классов. В каждой параллели энное их количество, а в каждом классе есть некоторое число учеников.

По такому же принципу можно расписать и управление какой-нибудь корпорацией. Глава компании или даже совет директоров на самом верху. Далее — все большее количество подразделений, в каждом из которых действует своя структура. Есть и общие черты: начальник в каждом отделе, его помощник, его секретарь, собственно, офисные сотрудники и так далее.

Применение в ЭВМ

Могут быть и более серьезные области применения. Яркий пример иерархической базы данных- это файловая система. Всем привычный «Проводник» строится в самом ядре операционной системы «Виндоус» именно по такой схеме, так же, как и многие другие файловые менеджеры.

Сетевые базы данных

• реляционные;
• иерархические;
• сетевые базы данных.

Почему мы вновь вспомнили о классификации? Поскольку, в отличие от реляционной, сетевая БД имеет с иерархической схожие черты.

Время вспомнить виды связей в базах данных. Есть связи «один-к-одному», «один-ко-многим» и «многие-ко-многим». Нас интересует последняя. В сетевой БД она проявляется следующим образом: у одного узла-наследника может быть сразу несколько предков. Свойство иметь несколько потомков также сохраняется. Можно сказать, что иерархические базы данных, сетевые базы данных сами по себе уже пример такого наследования. Предком в данном случае является именно иерархическая БД, так как принцип построения структуры в сетевых БД остается прежним.

Иерархия и реляционность

Название «реляционная» произошло от английского слова «отношение». Как уже упоминалось в начале статьи, они часто выражаются таблично. Но в предыдущем пункте мы указали, что иерархическая БД также может организовывать связи, значит ли это, что и между этими двумя типами есть некая объединяющая их тонкая ниточка?

Да. Помимо того, что и первый, и второй вид все еще относятся к базам данных, кроме этого признака есть еще одно общее свойство. Например, иерархическую БД (и сетевую заодно с ней) можно выразить в таблице. Суть здесь не в том, в каком виде представить информацию конечному пользователю (это уже вопрос юзабилити интерфейса), но по какому принципу была структурирована информация. Так, четкое деление на отделы со своими начальниками, подразделениями и прочим по-прежнему будет выражено в иерархии, но для удобства занесено в таблицу.

Источник

9 класс. База данных как модель предметной области

Список вопросов теста

Вопрос 1

Укажите основные способы организации данных в БД:

Варианты ответов

• сетевой
• одноуровневый
• реляционный
• математический
• иерархический

Вопрос 2

В какой из перечисленных пар данные относятся к одному типу?

Варианты ответов

• «Иванов» и «2021»
• «Нет» и True
• 20>5 и 28
• 26.09.2021 и 2021

Вопрос 3

Реляционная база данных основана на представлении данных в виде…

Варианты ответов

• моделей
• таблиц
• графов
• систем

Вопрос 4

Информацию об одном объекте в РБД содержит …

Варианты ответов

Вопрос 5

Столбец таблицы реляционной базы данных называется …

Варианты ответов

• разделом
• полем
• графом
• записью

Вопрос 6

База данных – это …

Варианты ответов

• объекты, обладающие одинаковым набором свойств
• группа объектов упорядоченного вида
• совокупность данных, организованных по определенным правилам, отражающая состояние объектов и их отношений в некоторой предметной области
• файл специального формата

Вопрос 7

БД содержит информацию об учениках школы: фамилия, класс, балл за тест, балл за практическое задание, общее количество баллов. Какого типа должно быть поле «Балл за практическое задание»?

Варианты ответов

• Числовое
• Любого типа
• Логическое
• Символьное

Вопрос 8

Сетевая база данных предполагает такую организацию данных, при которой …

Варианты ответов

• не накладывается никаких ограничений на связи между объектами
• связи между данными описываются в виде дерева
• связи между данными отражаются в виде таблицы

Вопрос 9

Примером иерархического способа организации данных является …

Варианты ответов

• расписание поездов
• файловая система
• страница классного журнала
• электронная таблица

Вопрос 10

В записи реляционной базы данных (БД) может содержаться …

Источник

9 класс. База данных как модель предметной области

Список вопросов теста

Вопрос 1

Укажите основные способы организации данных в БД:

Варианты ответов

• сетевой
• одноуровневый
• реляционный
• математический
• иерархический

Вопрос 2

В какой из перечисленных пар данные относятся к одному типу?

Варианты ответов

• «Иванов» и «2021»
• «Нет» и True
• 20>5 и 28
• 26.09.2021 и 2021

Вопрос 3

Реляционная база данных основана на представлении данных в виде…

Варианты ответов

• моделей
• таблиц
• графов
• систем

Вопрос 4

Информацию об одном объекте в РБД содержит …

Варианты ответов

Вопрос 5

Столбец таблицы реляционной базы данных называется …

Варианты ответов

• разделом
• полем
• графом
• записью

Вопрос 6

База данных – это …

Варианты ответов

• объекты, обладающие одинаковым набором свойств
• группа объектов упорядоченного вида
• совокупность данных, организованных по определенным правилам, отражающая состояние объектов и их отношений в некоторой предметной области
• файл специального формата

Вопрос 7

БД содержит информацию об учениках школы: фамилия, класс, балл за тест, балл за практическое задание, общее количество баллов. Какого типа должно быть поле «Балл за практическое задание»?

Варианты ответов

• Числовое
• Любого типа
• Логическое
• Символьное

Вопрос 8

Сетевая база данных предполагает такую организацию данных, при которой …

Варианты ответов

• не накладывается никаких ограничений на связи между объектами
• связи между данными описываются в виде дерева
• связи между данными отражаются в виде таблицы

Вопрос 9

Примером иерархического способа организации данных является …

Варианты ответов

• расписание поездов
• файловая система
• страница классного журнала
• электронная таблица

Вопрос 10

В записи реляционной базы данных (БД) может содержаться …

Источник

Иерархическая модель данных

Иерархическая модель данных — представление базы данных в виде древовидной (иерархической) структуры, состоящей из объектов (данных) различных уровней.

Между объектами существуют связи, каждый объект может включать в себя несколько объектов более низкого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объект более близкий к корню) к потомку (объект более низкого уровня), при этом возможна ситуация, когда объект-предок не имеет потомков или имеет их несколько, тогда как у объекта-потомка обязательно только один предок. Объекты, имеющие общего предка, называются близнецами.

Содержание

Примеры

Например, если иерархическая база данных содержала информацию о покупателях и их заказах, то будет существовать объект «покупатель» (родитель) и объект «заказ» (дочерний). Объект «покупатель» будет иметь указатели от каждого заказчика к физическому расположению заказов покупателя в объект «заказ».

В этой модели запрос, направленный вниз по иерархии, прост (например: какие заказы принадлежат этому покупателю); однако запрос, направленный вверх по иерархии, более сложен (например, какой покупатель поместил этот заказ). Также, трудно представить не-иерархические данные при использовании этой модели.

Иерархической базой данных является файловая система, состоящая из корневого каталога, в котором имеется иерархия подкаталогов и файлов.

Структурная часть иерархической модели

Основными информационными единицами в иерархической модели данных являются сегмент и поле. Поле данных определяется как наименьшая неделимая единица данных, доступная пользователю. Для сегмента определяются тип сегмента и экземпляр сегмента. Экземпляр сегмента образуется из конкретных значений полей данных. Тип сегмента — это поименованная совокупность входящих в него типов полей данных.

Как и сетевая, иерархическая модель данных базируется на графовой форме построения данных, и на концептуальном уровне она является просто частным случаем сетевой модели данных. В иерархической модели данных вершине графа соответствует тип сегмента или просто сегмент, а дугам — типы связей предок — потомок. В иерархических структуpax сегмент — потомок должен иметь в точности одного предка.

Иерархическая модель представляет собой связный неориентированный граф древовидной структуры, объединяющий сегменты. Иерархическая БД состоит из упорядоченного набора деревьев.

Управляющая часть иерархической модели

В рамках иерархической модели выделяют языковые средства описания данных (ЯОД) и средства манипулирования данными (ЯМД). Каждая физическая база описывается набором операторов, обусловливающих как её логическую структуру, так и структуру хранения БД. При этом способ доступа устанавливает способ организации взаимосвязи физических записей.

Определены следующие способы доступа:

• иерархически последовательный;
• иерархически индексно-последовательный;
• иерархически прямой;
• иерархически индексно-прямой;
• индексный.

Помимо задания имени БД и способа доступа описания должны содержать определения типов сегментов, составляющих БД, в соответствии с иерархией, начиная с корневого сегмента. Каждая физическая БД содержит только один корневой сегмент, но в системе может быть несколько физических БД.

Среди операторов манипулирования данными можно выделить операторы поиска данных, операторы поиска данных с возможностью модификации, операторы модификации данных. Набор операций манипулирования данными в иерархической БД невелик, но вполне достаточен.

Примеры типичных операторов поиска данных

• найти указанное дерево БД;
• перейти от одного дерева к другому;
• найти экземпляр сегмента, удовлетворяющий условию поиска;
• перейти от одного сегмента к другому внутри дерева;
• перейти от одного сегмента к другому в порядке обхода иерархии.

Примеры типичных операторов поиска данных с возможностью модификации:

• найти и удержать для дальнейшей модификации единственный экземпляр сегмента, удовлетворяющий условию поиска;
• найти и удержать для дальнейшей модификации следующий экземпляр сегмента с теми же условиями поиска;
• найти и удержать для дальнейшей модификации следующий экземпляр для того же родителя.

Примеры типичных операторов модификации иерархически организованных данных, которые выполняются после выполнения одного из операторов второй группы (поиска данных с возможностью модификации):

• вставить новый экземпляр сегмента в указанную позицию;
• обновить текущий экземпляр сегмента;
• удалить текущий экземпляр сегмента.

В иерархической модели автоматически поддерживается целостность ссылок между предками и потомками. Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя.

Известные иерархические СУБД

• Типичным представителем (наиболее известным и распространенным) является Information Management System (IMS) фирмы IBM.
• Time-Shared Date Management System (TDMS) компании Development Corporation;
• Mark IV MultiAccess Retrieval System компании Control Data Corporation;
• System 2000 разработки SAS Institute;
• Серверы каталогов, такие, как LDAP и Active Directory (допускают чёткое представление в виде дерева)
• По принципу иерархической БД построены иерархические файловые системы и Реестр Windows.
• InterSystems Caché
• Google App Engine Datastore API

Преобразование концептуальной модели в иерархическую модель данных

Преобразование концептуальной модели в иерархическую структуру данных во многом схоже с преобразованием её в сетевую модель, но и имеет некоторые отличия в связи с тем, что иерархическая модель требует организации всех данных в виде дерева.

Преобразование связи типа «один ко многим» между предком и потомком осуществляется практически автоматически в том случае, если потомок имеет одного предка, и происходит это следующим образом. Каждый объект с его атрибутами, участвующий в такой связи, становится логическим сегментом. Между двумя логическими сегментами устанавливается связь типа «один ко многим». Сегмент со стороны «много» становится потомком, а сегмент со стороны «один» становится предком.

Ситуация значительно усложняется, если потомок в связи имеет не одного, а двух и более предков. Так как подобное положение является невозможным для иерархической модели, то отражаемая структура данных нуждается в преобразованиях, которые сводятся к замене одного дерева, например, двумя (если имеется два предка). В результате такого преобразования в базе данных появляется избыточность, так как единственно возможный выход из этой ситуации — дублирование данных.

Источник