Ієрархічна база даних - це Моделі, приклади

Ієрархічна база даних - це БД, заснована на деревоподібної структурі. За принципом побудови вона чимось схожа з файловою системою комп'ютера. У використання такої моделі є свої переваги і недоліки, які будуть розглянуті в цій статті, разом з докладними прикладами.

Види баз даних

Як відомо, розрізняють чотири види зведення БД:

Реляційні - табличні СУБД, де інформація представлена у вигляді рядків, стовпців. За цим принципом будуються бази даних "Аксесе", до прикладу.

Об'єктно-орієнтовані - тісно пов'язані з ООП (програмуванням, в якому йде робота з об'єктами), і це їх головний плюс, але, враховуючи їх невелику продуктивність, вони поки що значно поступаються в поширеності реляційних.

Гібридні - СУБД, що вміщають в собі відразу два зазначених вище виду.

Ієрархічні - об'єкт уваги даній статті. Це БД, що характеризуються древообразной структурою.

Найбільш відомим прикладом ієрархічної бази даних є продукт, створений компанією IBM ("Айбіем"), під назвою Information Management System (перекладається як "Інформаційна система управління"), скорочено IMS. Перша версія IMS вийшла ще в минулому двадцятому столітті, у шістдесят восьмому році. Вона використовується для зберігання і контролю даних і понині.

Принцип побудови ієрархічної моделі

Ієрархічна модель даних будується за наступним принципом:

для кожного вузла деревоподібної структури ставиться у відповідність певний сегмент;

під сегментом розуміють поля даних з присвоєним кожному полю ім'ям і вишикувані в один лінійний кортеж;

ще одне відповідність: один вхідний і кілька вихідних сегментів для кожного вихідного поля;

для кожного структурного елемента існує одне і тільки одне місце в системі ієрархії;

деревоподібна структура починається з кореневого елемента;

у кожного підлеглого вузла тільки один предок, але у кожного вихідного може бути кілька нащадків.

Застосування ієрархічної структури даних

Ієрархічна база даних - це сховище, застосовне для тих систем, яким споконвічно властива деревовидна структура. Для них вибирати подібне моделювання - логічно.


Приклад ієрархічної бази даних з початку систематизованими ступенями - військовий підрозділ, в якому, як відомо, чітко визначені ранги. Також це можуть бути складні механізми, що складаються з все більш упрощающихся до низу ієрархії частинок. Для моделювання таких систем і приведення їх до вигляду, розглянутої БД немає необхідності в декомпозиції. Тим не менше така ситуація складається не завжди. Крім того, існує тенденція, при якій спрямований вниз по структурі запит простіше, ніж аналогічний вгору.

Основні операції над БД, що ґрунтуються на ієрархічній моделі

Структура ієрархічної бази даних дозволяє успішно і практично безпроблемно (в залежності від навичок і умінь) здійснювати наступні операції (представлені основні список завжди можна розширити дрібними доповненнями):

пошук по базі даних того чи іншого елемента;

перехід по базі даних - від дерева до дерева;

перехід по дереву - від гілки до гілки;

відповідно, перехід по гілках - поелементно;

робота з записами: вставка нової і/або видалення поточної, копіювання, вирізання і т. д.

Узагальнений опис структури

Термін "деревоподібна" для опису структури згадується в цій статті вже далеко не один раз. Пора розповісти, звідки він походить. Все тому що ієрархічна база даних - це така БД, яка використовує тип даних "дерево". Розглянемо детальніше, що він із себе представляє.
Це складовий тип: кожен з елементів (вузлів) вкладається кілька наступних (один або більше). А починається все з одного кореневого елементу. Суть в тому, що кожен з шматочків типу "дерево", є підтипом, теж "деревом". Багато-багато розгалужених, і всі також впорядкованих структур. Елементарні типи можуть бути простими і складними, але по суті це завжди запису. Але в простому запису присутній один тип даних, а в складеному - ціла їх сукупність. Ієрархічної моделі властивий принцип нащадків, коли кожен попередній сегмент є предком для подальшого. Крім того, нащадок по відношенню до вищого типу є типом підлеглих, у той час як рівнозначні один іншому запису вважаються близнюками.

Наповнення БД

Основними даними ієрархічної БД є значення (числа або символи), які зберігаються в записах. Обходять таку базу даних зазвичай знизу вгору і зліва направо.

Переваги

Ієрархічна база даних - це має кореневу папку БД, поступово разветвляющаяся донизу. Враховуючи, що така структура дуже схожа з файловою системою, такі бази успішно застосовуються для виконання різноманітних операцій над даними ЕОМ. Підсумок: раціональний розподіл її пам'яті, а також вельми гідні показники часу, витраченого на роботу. Ієрархічна модель ідеальна для застосування її для впорядкованої інформації.

Недоліки

Однак ті ж особливості розглянутих СУБД, які стали їх основними перевагами, визначають також і їх недоліки. Приміром, громіздкість і складність логічних зв'язків - досвідченому спеціалісту при роботі з раніше невідомою базою буде важко розібратися, а простий користувач і зовсім в ній "заблукати". Ця складність розуміння призводить до того, що насправді не так багато СУБД побудовано на ієрархічній моделі. Прикладом ієрархічної бази даних є, крім описаного продукту компанії "Айбіем", "Ока" і МИРИС (виробництво Росії), а також Data Edge і Team-UP (від зарубіжних корпорацій).

Приклади

Ієрархічна база даних - це різноманіття різних рівнів, на яких будуються взаємозв'язки. Схематично вона виглядає як перевернутий граф. Приклад такої бази даних - будь-яке державне адміністративна установа. Взяти, припустимо, школу. На самому верхньому рівні розташовуватиметься "лідер" адміністрації - директор. У його підпорядкуванні завучі, у завучів - викладачі, який керують паралелями класів. В кожній паралелі енну їх кількість, а в кожному класі є деяке число учнів. За таким же принципом можна розписати і управління якою-небудь корпорацією. Глава компанії або навіть рада директорів на самому верху. Далі - все більша кількість підрозділів, у кожному з яких діє своя структура. Є і загальні риси: начальник у кожному відділі, його помічник, його секретар, власне, офісні працівники і так далі.

Застосування ЕОМ

Можуть бути і більш серйозні області застосування. Яскравий приклад такої бази даних - це файлова система. Усім звичний "Провідник" будується в самому ядрі операційної системи "Віндоус" саме за такою схемою, так само, як і багато інші файлові менеджери.

Мережеві бази даних

Існують:

реляційні;

ієрархічні;

мережеві бази даних.

Чому ми знову згадали про класифікації? Оскільки, на відміну від реляційної, мережева БД має з ієрархічною схожі риси. Час згадати види зв'язків у базах даних. Є зв'язки "один-до-одного", "один-до-багатьох" та "багато-до-багатьом". Нас цікавить остання. В мережевий БД вона проявляється наступним чином: в одного вузла-спадкоємця може бути відразу кілька предків. Властивість мати кілька нащадків також зберігається. Можна сказати, що ієрархічні бази даних, мережеві бази даних самі по собі вже приклад такого спадкування. Предком в даному випадку є саме ієрархічна БД, так як принцип побудови структури в мережевих БД залишається колишнім.

Ієрархія і реляционность

Назва "реляційна" походить від англійського слова "відношення". Як уже згадувалося на початку статті, вони часто виражаються таблично. Але в попередньому пункті ми вказали, що ієрархічна БД також може організовувати зв'язку, чи означає це, що між цими двома типами є якась об'єднуюча їх тонка ниточка? Так. Крім того, що і перший, і другий вид все ще відносяться до баз даних, крім цієї ознаки є ще одна спільна властивість. Наприклад, ієрархічну БД (і мережеву заодно з нею) можна виразити в таблиці. Суть тут не в тому, в якому вигляді представити інформацію кінцевому користувачеві (це вже питання юзабіліті інтерфейсу), але за яким принципом було структуровано інформацію. Так, чіткий поділ на відділи зі своїми начальниками, підрозділами та іншим раніше буде виражено в ієрархії, але для зручності занесено в таблицю.